CuFe2O4催化过一硫酸盐修复对氨基苯胂酸污染水体的研究

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对氨基苯胂酸(Arsanilic acid,ASA)作为一种有机砷饲料添加剂,广泛用于牲畜和家禽生产,以预防疾病和促进增长。被动物摄入的ASA有超过90%不会被同化吸收而是原原本本地随尿液和粪便被排泄出来。通常,这些排泄物作为肥料被运往农田。由于ASA的高水溶性,它很容易被雨水或灌溉用水淋溶进入水环境中,造成附近的水体中总砷含量的升高。在自然界中,ASA可以轻易地通过厌氧生物降解或自然光降解等方式转化为剧毒的无机砷而被动植物吸收,最后通过食物链威胁到人类的健康。为此,本课题采用氧化-吸附结合的方法,即:CuFe2O4催化过一硫酸盐(PMS)降解ASA并从溶液中去除释放的无机砷。系统地阐述了CuFe2O4/PMS体系中一系列影响因素对ASA降解的影响,包括:催化剂浓度(0~0.5 g/L),PMS浓度(0~500μM),初始p H(p H0:3.4~10.5)以及溶液不同化学基质(Cl-,HCO3-,NO3-,Fe2+,Fe3+,Mg2+,Ca2+,NH4+和腐殖酸(HA))。实验结果表明,0.3 g/L CuFe2O4,200μM PMS,p H0 7.0时,ASA(26.72μM,2 mg-As/L)在90 min内可实现>99%的降解并全部地转化为无机砷As(V),且有84.65%的As(V)被催化剂所吸附。值得注意的是,在CuFe2O4/PMS体系中HA(0-50mg/L)的存在很大程度地阻碍ASA的降解;Cl-对ASA降解有双重作用,具体表现为:0-10 m M时抑制作用,10-50 m M时促进作用;而HCO3-(0-50 m M)和1 m M Fe2+促进ASA降解,但1 m M的其他阳离子,如:Fe3+,Mg2+,Ca2+,NH4+和阴离子0-50 m M NO3-对ASA的降解没有影响。FTIR和XPS分析表明无机砷的去除遵循内层复合机理。电子顺磁共振测试和自由基淬灭试验表明CuFe2O4可活化PMS生成SO5·-,·OH和SO4·-,这些自由基的生成主要依赖于Cu(II)/Cu(III)和Fe(III)/Fe(II)的循环,并且O2·-,·OH和SO4·-都参与了ASA和砷物种的氧化。此外,单独使用PMS也可以通过非自由基途径将ASA氧化为硝基苯胂酸。通过LC/MS/MS分析鉴定出了8种可能的降解产物,在此基础上提出了两种ASA的降解路径。同时,利用发光费氏弧菌(Vibrio fischeri)对产物做了急性毒性评估。最后通过XRD和浸出离子试验表明催化剂具有较高的稳定性和重复使用性能。本课题表明CuFe2O4/PMS氧化-吸附体系为减轻水中有机砷潜在的环境风险提供了新的见解,为提高整体砷去除提供了有效的策略。
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