纳米四氧化三铁与零价铁类芬顿法处理对乙酰氨基酚的研究

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药物及个人护理品(PPCPs)因其分布广、具有潜在性毒性,近年来引起了学者们的广泛关注。本文选用常用的镇痛药-对乙酰氨基酚(ACTP)作为一种典型PPCPs加以研究,分别采用纳米四氧化三铁(Nano-Fe3O4)与纳米零价铁(Nano-Fe0)类Fenton法对模拟ACTP废水进行降解,并研究了其TOC降解过程。本研究所用Nano-Fe3O4和Nano-Fe0均在实验室中制得,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、比表面积及孔径分布(BET)测试其物质特性。结果表明所制备的催化剂颗粒纯度较高,Nano-Fe3O4为立方体心结构,片状,粒径22.4nm,BET比表面积98.45m2/g。Nano-Fe0为立方体心结构,圆球形,粒径10100nm,BET比表面积25.09 m2/g。初步考察了两种不同的类Fenton法对ACTP的TOC降解过程以及影响因素的作用效果。由实验可知,ACTP的TOC去除率随着污染物初始浓度和pH的升高而降低,随着初始H2O2和磁性纳米颗粒的投加量的增加先增大后减少,随着温度的升高而增加。反应温度35℃,ACTP初始浓度为0.2 mM情况下,Nano-Fe3O4类Fenton体系在pH=3.0,Nano-Fe3O4投量为1.0 g/L,H2O2投量为8.4 mM的情况下,效果最佳,反应120 min,ACTP模拟废水的TOC去除率达到76.6%。Nano-Fe0类Fenton法则具有较宽的p H适用范围,反应温度35℃,p H=6.0,ACTP初始浓度0.2 mM,Nano-Fe0投量0.75 g/L,H2O2投量4.2 mM的情况下,反应120 min后,ACTP模拟废水的TOC去除率达到58.1%。对TOC降解曲线进行动力学拟合发现Nano-Fe3O4和Nano-Fe0类Fenton反应均包括两个阶段:一是缓慢降解阶段;二是在快速降解阶段,两个阶段分别采用准一级反应动力学拟合并得到相应动力学参数。通过对自由基消除进一步确定降解作用的机理,在pH=3.0时,Nano-Fe3O4类Fenton体系降解ACTP中主要是羟基自由基,尤其是溶液中的羟基自由基的作用;而p H=6.0时,Nano-Fe0类Fenton法降解ACTP,存在Fe(IV)和羟基自由基的共同作用,其中表面吸附态羟基自由基起关键作用。
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