水钠锰矿及其活化过硫酸盐降解2,4-二氯酚的效能

来源 :华中农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:FriedaCao
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工业化的急速发展导致水体和土壤中2,4-二氯酚(2,4-DCP)等氯酚类有机污染物含量日益增加,严重危及生态系统和人类自身的生存与发展,开发行之有效的方法以加强自然界中2,4-DCP污染物的治理是当务之急。本论文针对传统技术效率低、处理稳定性能力差,一些高级氧化法受限于催化剂材料及光源问题,充分利用水钠锰矿电荷零点低、活性位点多、环境友好等特点,开发基于酸性水钠锰及其活化过硫酸盐(PMS)的降解体系,系统探讨了材料结构、初始pH、溶解氧等因素对降解性能的影响,从活性物种种类与作用、材料结构与成分变化、产物形态等方面揭示了基于自由基途径的酸性水钠锰降解2,4-DCP机理及非光催化条件下活化PMS降解2,4-DCP机制。主要成果如下:(1)所制备的水钠锰矿为单相存在,薄片状晶体结构堆积而成的纳米花状球形团聚体,化学组成为K0.14Mn O2.04(H2O)0.40的材料比表面积达92.27 m~2/g。在单独降解体系中,其两小时内降解率可达94.1%,明显优于其他实验材料。基于阻滞速率模型的偏离拟一级动力学很好的反应出酸性水钠锰降解2,4-DCP的动力学特征,高Mn氧化度对加快反应速率有突出贡献,比表面积也能显著提高2,4-DCP的反应动力学性能。pH在5-6.5范围内产生更多的活性物种,有利于2,4-DCP降解。反应后Mn(IV)转化为Mn(III)和Mn(II),水钠锰粒径变小,表面Mn-O反应形成了新的Mn-OH表面。氢自由基是水钠锰单独降解体系主要的活性物种,依赖水钠锰存在。溶液中存在少量的超氧自由基和单线态氧,但其对2,4-DCP降解的贡献并不大。水钠锰降解2,4-DCP过程中,产物主要是自耦反应形成的醌类有机物。(2)水钠锰活化PMS降解2,4-DCP实验中,水钠锰K0.12Mn O2.05(H2O)0.42和K0.14Mn O2.04(H2O)0.40活化PMS体系的1小时内2,4-DCP降解率可达100%、94.5%。Mn氧化度是影响降解效果的最重要因素,比表面积在2,4-DCP降解中可显著加快反应速率;初始pH在4-10.5范围内,2,4-DCP的降解率总体上呈先增大后降低趋势,主要源于活性物种的产生环境。水钠锰-PMS体系中,氢自由基虽然大量存在且参与反应,但对降解率的影响较小。单线态氧是促进2,4-DCP降解的主要活性物种,水钠锰-PMS体系降解2,4-DCP主要以非自由基途径为主。单线态氧的产生来自多种途径,以氧缺位的活化产生为主。水钠锰表征分析证实锰氧八面体空穴结构和基面的Mn-O参与降解反应,水钠锰表面参与反应形成了新的Mn-OH结构。反应后Mn(IV)转化为Mn(III)和Mn(II),Olat含量降低,总体粒径减小。降解产物主要为氯苯、3-戊烯酸、丙二酸、环己醇、乙二醇等,此外,仍有一部分由自由基引发的耦合反应,产生了一定数量醌和氯酚类结构。
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