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六氯苯(简称HCB)是一种持久性有机污染物,能够导致生物体内内分泌紊乱、生殖及免疫机能失调、发育紊乱以及癌症等严重疾病,尽管已经禁止将其作为农药使用,但目前全球每年仍有平均高达23000kg的HCB释放到环境中,HCB对自然条件下的生物、化学分解的抵抗能力很强,目前关于对它的处理的研究不多,主要集中在物理化学处理法,如:零价金属还原法、γ辐照法等,这些方法有的处理效率不高,有的对设备要求高,因而处理成本高。Fenton试剂可以产生高氧化活性的羟自由基(·OH),可在较短的时间内无选择的氧化降解许多有机物,最终将其彻底氧化降解,该技术操作简单,所需试剂便宜,已经被人们广泛研究,但普通Fenton法H2O2利用率不高,处理时间长,引入紫外光将其改进形成UV/Fenton氧化法可提高Fenton试剂对有机物的氧化速率和氧化效率,降低Fenton试剂的用量,是降解难降解有机物的有效方法,但是均相UV/Fenton体系中,催化剂Fe2+易流失、不能重复利用,导致出水色度高、处理成本高。所以,有研究人员将Fe2+或Fe3+固定在适当的载体上,形成非均相UV/Fenton氧化法用于难降解有机物的处理,取得了满意的效果。目前为止,用光助Fenton氧化法降解水中HCB的研究鲜见报道,只有谢清杰等人做过单纯Fenton氧化法处理HCB的部分研究。
本论文首先综述了Fenton技术的研究现状及趋势,概括了六氯苯的处理方法,然后根据Fenton技术的发展体系,分别采用Fenton氧化法、均相UV/Fenton氧化法和非均相UV/Fenton氧化法对HCB的模拟废水的降解进行了系统研究,制备了催化剂Fe/Al2O3,确定最优制备条件,考察了反应时间、催化剂投加量、Fenton试剂投加量、初始pH等因素对HCB降解效果的影响,比较了不同氧化体系对六氯苯降解的影响并探讨了均相和非均相UV/Fenton法降解HCB的反应动力学规律。
研究结果表明:(1) 通过正交实验确定Fenton 法降解HCB的最佳实验条件为:[Fe3+]:[H2O2]=1:10、Fenton 试剂投加量为33mmol/L、反应时间为150min、初始pH=3,此条件下,500μg/LHCB的去除率为73.9%。
(2) 均相UV/Fenton 法降解HCB的最佳实验条件为:[Fe3+]:[H2O2]=1:5、Fenton 试剂投加量为6mmol/L、反应时间为60min、初始pH 值为3,此条件下,500μg/LHCB的去除率为91.3%。室外太阳光照可以一定程度强化HCB的降解,但处理效果仍远远低于300W 汞灯照射。均相UV/Fenton 法降解HCB 符合一级反应动力学规律,表观速率常数为0.04min-1。与Fenton 法相比,采用均相UV/Fenton 法降解HCB,明显缩短了反应时间,节省了Fenton 试剂用量,提高了HCB的去除率,HCB的降解速率常数提高了近10 倍。
(3) 与常规浸渍法相比,采用超声促进等量浸渍法制备催化剂Fe/Al2O3,所需的浸渍液用量少、浸渍时间短、制备的催化剂分散性好、对六氯苯的催化活性高。制备条件为:浸渍液浓度为25mmol/L、浸渍温度为40℃、焙烧温度为500℃、焙烧时间为3h。在此条件下制得的催化剂铁溶出率较低、重复利用性能较好。
(4) 以超声促进等量浸渍法制备的Fe/Al2O3 作催化剂对HCB 进行非均相UV/Fenton 降解,最佳降解条件为:废水初始pH 值为3、催化剂Fe/Al2O3的铁负载率为2%、催化剂的投加量为150mg/L、H2O2的投加量为34mg/L。在此条件下,浓度为500μg/L的HCB 经20min 降解,去除率达94.5%。与均相UV/Fenton相比,非均相UV/Fenton 降解六氯苯的反应时间缩短,H2O2 用量减少。
(5) 非均相UV/Fenton 法降解HCB的反应动力学规律可用Langmuir-Hinshelwood 方程很好地描述。在pH=3的条件下,六氯苯在催化剂表面的吸附常数为0.02L·μg -1,表面反应速率常数为80.64μg·L-1·min-1。表观速率常数为0.158min-1。且表观速率常数随pH 值的增大而减小。
通过以上研究可以看出,UV/Fenton 体系对HCB具有较高的降解效果,非均相UV/Fenton 体系表现更为突出,所以本研究为快速降解HCB提供了一个新的途径,具有一定的理论指导意义和实际应用价值。