论文部分内容阅读
抗生素是国内常用的生物制品，在其生产过程中会产生大量的废水。抗生素废水是一类较难处理的工业废水，其特点为有机物浓度高且成分复杂，并且具有一定的毒性。如果未经处理排入到环境中，对人类的健康和生态环境会造成很大的威胁。
近年来，基于活化过硫酸盐产生活泼自由基(SO4?－和?OH)的高级氧化技术受到水处理工作者的广泛关注。其中，亚铁离子(Fe2+)催化过硫酸盐的类Fenton反应成为研究热点，其具有反应速度快、氧化能力强、价廉等优点，是目前最具有应用前景的过硫酸盐活化技术之一。然而Fe2+/过硫酸盐活化体系中存在Fe3+/Fe2+循环速度慢、易产生大量铁泥、pH适用范围窄等问题。本研究首先将零价铁(ZVI)分别与Fe3O4和零价镍按照一定质量比进行球磨，之后采用乙醇改性制备了两种ZVI/Fe3O4和ZVI/Ni铁基复合材料，通过X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、场发射扫描电镜(FE-SEM )等对复合材料进行了表征；随后将复合材料引入电化学/Oxone体系联合处理抗生素废水，本研究探究了联合体系中电流强度、Oxone添加量以及初始pH值等参数对去除抗生素废水中有机物的影响，并总结了联合体系下的去除机理。研究结果如下：
(1)球磨-乙醇改性制备ZVI/Fe3O4和ZVI/Ni铁基复合材料实验研究：按照一定的质量比将ZVI分别于Fe3O4和零价镍球磨，之后通过乙醇改性。从物相和结构(XRD)、形貌特征(SEM)与表面元素组成和价态分布(XPS)的角度对复合材料进行详细表征；
(2)ZVI/Fe3O4联合电化学/Oxone降解抗生素废水实验研究：当溶液初始pH值为中性，电流强度为0.5A，Oxone添加量为0.5g，ZVI/Fe3O4复合材料添加量为1g，反应时间为360min，此时COD的去除率达到99.9%。实验结果表明：ZVI/Fe3O4复合材料中的Fe2+催化Oxone产生活泼自由基降解抗生素废水中有机物，同时电化学过程促进复合材料表面Fe3+/Fe2+的循环，提高过硫酸氢钾复合盐(Oxone)的利用率，从而加速活泼自由基的生成。另外，复合材料中的零价铁在电场辅助下加速传递电子，促进复合材料表面Fe3+/Fe2+的循环，也进一步增强Oxone活化的效率；
(3)ZVI/Ni联合电化学/Oxone降解抗生素废水实验研究：当溶液初始pH值为中性，ZVI/Ni质量比1:0.5，ZVI/Ni复合材料添加量1g，电流强度0.5A，Oxone添加量0.5g，反应时间为240min，COD的去除率达到98.3%。实验结果表明：球磨过程铁、镍颗粒间在接触点位置形成原电池，并通过原电池作用加速铁的化学腐蚀释放Fe2+，从而活化Oxone产生活泼自由基降解抗生素废水中有机物，电化学过程也能够促进复合材料表面Fe3+/Fe2+的再生，从而充分降解废水中有机物。
近年来，基于活化过硫酸盐产生活泼自由基(SO4?－和?OH)的高级氧化技术受到水处理工作者的广泛关注。其中，亚铁离子(Fe2+)催化过硫酸盐的类Fenton反应成为研究热点，其具有反应速度快、氧化能力强、价廉等优点，是目前最具有应用前景的过硫酸盐活化技术之一。然而Fe2+/过硫酸盐活化体系中存在Fe3+/Fe2+循环速度慢、易产生大量铁泥、pH适用范围窄等问题。本研究首先将零价铁(ZVI)分别与Fe3O4和零价镍按照一定质量比进行球磨，之后采用乙醇改性制备了两种ZVI/Fe3O4和ZVI/Ni铁基复合材料，通过X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、场发射扫描电镜(FE-SEM )等对复合材料进行了表征；随后将复合材料引入电化学/Oxone体系联合处理抗生素废水，本研究探究了联合体系中电流强度、Oxone添加量以及初始pH值等参数对去除抗生素废水中有机物的影响，并总结了联合体系下的去除机理。研究结果如下：
(1)球磨-乙醇改性制备ZVI/Fe3O4和ZVI/Ni铁基复合材料实验研究：按照一定的质量比将ZVI分别于Fe3O4和零价镍球磨，之后通过乙醇改性。从物相和结构(XRD)、形貌特征(SEM)与表面元素组成和价态分布(XPS)的角度对复合材料进行详细表征；
(2)ZVI/Fe3O4联合电化学/Oxone降解抗生素废水实验研究：当溶液初始pH值为中性，电流强度为0.5A，Oxone添加量为0.5g，ZVI/Fe3O4复合材料添加量为1g，反应时间为360min，此时COD的去除率达到99.9%。实验结果表明：ZVI/Fe3O4复合材料中的Fe2+催化Oxone产生活泼自由基降解抗生素废水中有机物，同时电化学过程促进复合材料表面Fe3+/Fe2+的循环，提高过硫酸氢钾复合盐(Oxone)的利用率，从而加速活泼自由基的生成。另外，复合材料中的零价铁在电场辅助下加速传递电子，促进复合材料表面Fe3+/Fe2+的循环，也进一步增强Oxone活化的效率；
(3)ZVI/Ni联合电化学/Oxone降解抗生素废水实验研究：当溶液初始pH值为中性，ZVI/Ni质量比1:0.5，ZVI/Ni复合材料添加量1g，电流强度0.5A，Oxone添加量0.5g，反应时间为240min，COD的去除率达到98.3%。实验结果表明：球磨过程铁、镍颗粒间在接触点位置形成原电池，并通过原电池作用加速铁的化学腐蚀释放Fe2+，从而活化Oxone产生活泼自由基降解抗生素废水中有机物，电化学过程也能够促进复合材料表面Fe3+/Fe2+的再生，从而充分降解废水中有机物。