NH2OH/Fe2+/PMS体系对间甲酚的降解效能及机理研究

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随着我国工业化进程的加速,含酚废水的排放量大大增加,山西作为一个产煤大省,煤炭产业每年会产生大量的焦化废水。有研究表明,焦化废水中的间甲酚含量可达90 mg/L,而间甲酚具有很高的毒性,较低浓度的间甲酚即会危害环境安全,并对人体产生毒害作用。近年来,芬顿及类芬顿高级氧化技术在处理难降解有机物的研究及应用上越来越广泛,为了高效处理工业含酚废水,以间甲酚(m-cresol)为目标污染物,采用基于活性自由基(SO4-·和OH·)的HA(NH2OH-盐酸羟胺)/Fe2+/PMS(过一硫酸盐)类芬顿体系,对比了几种类芬顿体系的降解效能,考察了反应条件对HA/Fe2+/PMS体系中间甲酚降解效能的影响,并对HA/Fe2+/PMS体系降解间甲酚的机理进行了研究。主要研究结果如下:(1)与Na2S2O3、NaHSO3、NaNO2、VC(抗坏血酸)等还原剂相比,HA的加入最大限度地提高了Fe2+/PMS体系的氧化效能,HA/Fe2+/PMS体系在10 min内对间甲酚的去除率要好于Fe2+/PMS体系、Co2+/PMS体系和HA/Fe2+/PDS体系;EDTA(乙二胺四乙酸)、柠檬酸、草酸、甲酸等常见有机化合物的加入均会降低HA/Fe2+/PMS体系对间甲酚的降解效率,原因是这些有机化合物会与体系中产生的活性自由基反应,且部分有机化合物能与体系中的Fe2+/Fe3+产生络合作用,进一步降低体系对间甲酚的降解效能。(2)考察了反应温度、体系初始pH、Fe2+浓度、PMS投加量、HA浓度以及间甲酚初始浓度等反应条件对间甲酚降解效能的影响,采用Box-Behnken响应面法优化了反应条件并拟合出回归模型,在反应温度为25℃,溶液初始pH=4,间甲酚初始浓度为1 mmol/L时,得出最佳反应条件为:Fe2+浓度0.5 mmol/L,PMS投加量5 mmol/L,HA浓度2.5 mmol/L,在此优化条件下,间甲酚去除率为92.84%,HA/Fe2+/PMS体系中间甲酚浓度随时间的变化规律符合二级反应动力学模型,反应的活化能Ea=30.72 kJ/mol。(3)自由基淬灭实验表明,硫酸根自由基(SO4-·)和羟基自由基(OH·)是HA/Fe2+/PMS体系中的主要活性物种;反应开始后,体系中生成大量强氧化性的活性自由基,且体系中Fe3+/Fe2+的浓度比增大,因此体系中的ORP值迅速升高;由等高线荧光光谱图可知,间甲酚的荧光区域主要集中在峰A:Ex/Em=276/296nm和峰B:Ex/Em=232/296nm两个区域,间甲酚的降解过程伴随着这两个区域荧光强度的不断减弱直至消失。
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