【摘 要】
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大量难降解有机污染物进入环境会对生态系统造成威胁,严重影响生态环境质量和安全。硫酸根自由基(SO4·-)高级氧化技术(SR-AOPs)可产生强活性基团实现有机物有效降解,在环境有机污染治理方面优势明显。通常SR-AOPs主要以过硫酸盐类、亚硫酸盐等为自由基来源,在经过包括过渡金属、光、声等在内的不同活化方式作用下产生强氧化性的SO4·-,实现难降解有机物的高效处理。本论文围绕含硫化合物连二亚硫酸盐
【基金项目】
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“十三五”水体污染控制与治理科技重大专项《城市污水超高标准处理技术集成及评估(生物滤池、除臭、消毒)》(2017ZX07401001-06);
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大量难降解有机污染物进入环境会对生态系统造成威胁,严重影响生态环境质量和安全。硫酸根自由基(SO4·-)高级氧化技术(SR-AOPs)可产生强活性基团实现有机物有效降解,在环境有机污染治理方面优势明显。通常SR-AOPs主要以过硫酸盐类、亚硫酸盐等为自由基来源,在经过包括过渡金属、光、声等在内的不同活化方式作用下产生强氧化性的SO4·-,实现难降解有机物的高效处理。本论文围绕含硫化合物连二亚硫酸盐(DTN)开展硫酸根自由基高级氧化体系研究,分别从活化过硫酸盐(PS)和溶解氧两种角度构建PS/DTN和Fe2+/O2/DTN体系,可在相对温和条件下降解有机污染物降解,且具有操作简便、二次污染风险低等优势;并对两种体系中活性基团种类和产生方式进行探究,同时系统考察两种体系对环境有机污染物去除规律,并分析其降解反应机制。对于传统过硫酸盐为SO4·-来源的高级氧化技术,提出使用DTN为活化剂构建PS/DTN高级氧化体系。相较于单独使用PS降解,可使含氯有机物阿特拉津(ATZ)降解速率提高约10倍。当CPS/CDTN为500:1时,ATZ在PS/DTN体系中降解速率最高,约为3.42×10-2 min-1,且PS/DTN体系可将ATZ降解过程活化能显著降低至97.98 k J/mol,通过自由基捕获实验和ESR检测等方式证实体系中主要活性基团为SO4·-、·OH等。此外,环境中普遍存在的物质(Cl-、HCO3-、NOM等)均对PS/DTN体系降解ATZ过程有不同程度抑制。PS/DTN体系在有效降解ATZ时主要降解途径为脱氯、羟基化、脱烷基和脱氨基等。DTN活化过硫酸盐体系同样可有效降解并矿化双酚A(BPA)等不含卤素有机物,反应进行120 min内,溶液中BPA和TOC含量分别降低约85%和30%;根据响应面曲线法得出BPA在PS/DTN体系中降解最优条件:PS与DTN初始浓度分别为131.77、93.64μmol/L,反应初始p H为3.62;且发现BPA降解过程中,溶液中存在Cl-、HCO3-、NOM等时均对其存在不同程度抑制作用,主要降解途径包括SO4·-和·OH等活性基团攻击苯环结构、C-C键β断裂和自由基结合等过程。DTN可在Fe2+存在时,活化弱氧化剂O2实现ATZ高效降解。当溶解氧浓度约为7.0 mg/L时,反应速率约为0.1620 min-1,明显高于PS/DTN和Fe2+/PS体系,且Fe2+/O2/DTN体系在中、酸性条件下,均可有效降解ATZ,采用气-质联用方式识别降解过程中间产物,并发现其主要降解机制包括脱氯、脱烷基、羰基化和羟基化等;自由基捕获实验和ESR检测结果显示,Fe2+/O2/DTN体系中主要活性基团为SO4·-和·OH等,其产生过程中重要中间体Fe HSO3+和Fe SO3+形成过程主要包括两条途径:反应体系中Fe2+可与由DTN转化而成的HSO3-作用生成Fe HSO3+,后被氧化生成Fe SO3+;DTN可直接与由Fe2+被氧化生成的Fe3+发生反应生成FeSO3+。
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