黄铁矿活化过硫酸盐处理水中对氯苯胺的研究

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基于硫酸自由基(SO-4)的高级氧化技术是近年迅速发展起来处理有机污染物的新型高级氧化技术,而硫酸自由基的持续高效获得是其研究的热点和有效降解污染物的关键之一。对氯苯胺(PCA)是一种含氯芳烃化合物,在染料制造、杀虫剂、橡胶助剂、抗氧化剂、药物、农药和除草剂等行业均有广泛应用,是环境中常见的难降解有机污染物。黄铁矿是自然界中存在广泛的含铁矿物之一,本文采用黄铁矿活化过硫酸钠(PS)的方法,产生硫酸自由基,降解废水中的对氯苯胺,研究了PCA的降解动力学过程,并对黄铁矿活化过硫酸钠体系的初步反应机理进行了研究。主要研究内容及结果如下:(1)研究了室温下水体系中黄铁矿降解PCA条件机制及反应机理。体系中有氧化剂H2O2生成,与黄铁矿中溶出的Fe2+形成Fenton体系、产生羟基自由基,从而有效降解PCA,通过在实验中加入抑制剂乙醇和1,4-苯醌证实了反应过程中产生羟基自由基和超氧自由基,并且,该体系中PCA的降解机制是以羟基自由基为主要的氧化活性成分的氧化反应机制。考察黄铁矿投加量、温度、pH值等因素对PCA降解效率的影响。结果表明:PCA的降解过程符合准一级动力学方程模型;在20℃~50℃反应温度范围内,PCA降解率随着反应温度的升高而提高;随着黄铁矿投加量的增大而增大。在黄铁矿/PCA体系,酸性条件有利于PCA降解。(2)研究了常温下黄铁矿活化过硫酸盐(S O2-28)降解对氯苯胺(PCA)的动力学过程及反应机理。黄铁矿通过溶出的Fe2+活化过硫酸盐产生硫酸自由基,从而氧化降解对氯苯胺,体系中主要的活性成分为硫酸自由基。考察了不同pH、温度、黄铁矿用量等条件对PCA降解的影响。PCA的降解过程符合准一级动力学方程模型。随着黄铁矿含量增加,PCA降解率显著提高。体系初始pH值对PCA降解率有较大影响,PCA的降解率大小依次为酸性>中性>碱性,在pH为3.0时,PCA在60min即可完全降解。随着过硫酸钠浓度增高,PCA降解率也增高。在10℃~50℃反应温度范围内,随着反应温度升高可显著得增加PCA的降解率。(3)研究有氧条件下黄铁矿活化过硫酸钠降解PCA,在室温和中性条件下,考察了水体系中溶解氧对PCA降解的影响。比较通空气、氮气和不通气条件下PCA的降解率。结果表明:有氧条件下有利于PCA降解率。且在有氧条件下,黄铁矿/过硫酸盐体系中,有超氧自由基(O-2)产生,产生的超氧自由基(O-2)与过硫酸盐(S2-2O8)反应产生硫酸自由基(SO-),从而促进了PCA的降解。(4)研究了柠檬酸、草酸、乙二胺四乙酸(EDTA)和2,2-联吡啶对黄铁矿活化过硫酸钠降解PCA的影响。采用螯合剂控制溶出的亚铁离子形态和浓度,探讨高校获得硫酸自由基的途径。在螯合剂浓度为0.05~2.5mmol L-1范围内,2,2-联吡啶促进对氯苯胺的降解,对氯苯胺的降解率明显提高,而添加EDTA、草酸和柠檬酸时抑制了对氯苯胺的降解。
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