Fe-ZSM-5型三维粒子电极电解有机氯农药的研究

来源 :兰州交通大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:castle0611
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有机氯农药在二十世纪八十年代以前在全球广泛使用,由于其具有生物积累性和高毒性,对水生态系统和人类的健康造成了严重的危害。尽管目前大多数高残留毒性的有机氯农药如DDT、六六六等在许多国家被禁止使用,但近几年在水体、土壤和生物体中仍然能有有机氯农药残留检出。由于有机氯农药可生化性差,生物毒性较强,在污水生物处理过程中不能完全降解,迫切需要开发能够高效降解有机氯农药的方法。三维粒子电极法能够产生羟基自由基等活性物质使难降解的有机污染物矿化为CO2和水,同时因其具有高效、适用范围广、能耗低等独特优势而成为水处理技术的重要方法。本实验以环境水体中检出率较高的林丹和三氯生为研究对象,构建铁负载ZSM-5三维粒子电极体系处理目标污染物,得到以下主要结论:(1)采用浸渍焙烧法制备得到负载金属Fe的ZSM-5三维粒子电极(Fe-ZSM-5)。通过SEM、EDS、XPS等分析设备对反应前后粒子电极Fe-ZSM-5进行表征。结果表明,粒子电极的主要组成元素有O、Al、Si、Fe等元素,大部分Fe元素以铁氧化物的形式存在于粒子电极中,粒子表面均匀致密,反应前后Fe-ZSM-5形态结构没有明显改变,然而反应后粒子电极中铁元素会有不同比例的流失。(2)本文系统研究了不同电流密度、不同初始浓度、不同粒子电极投加量、不同pH值和电解质对三维粒子电极系统降解林丹的影响,结果表明随着电流密度和粒子电极投加量的增大,林丹的降解效率提高,从而缩短完全降解的时间;酸性环境有利于三维粒子电极降解林丹;随着初始林丹初始浓度增高,林丹的降解速率逐渐降低,但林丹的绝对降解量逐渐增大。Na2SO4和NaNO3对林丹的降解率具有促进作用,而NaCl和NaHCO3对林丹的降解率具有抑制作用。三维粒子电极系统降解林丹的过程符合一级反应动力学。此外,Fe-ZSM-5具有较好的可持续使用性,连续7次重复降解实验后,电解8 h仍然保持99.5%左右的降解率。(3)进一步以TOC的去除效率、矿化电流效率、能耗和脱氯效果作为评价指标,探讨不同电流密度和Fe-ZSM-5粒子电极投加量对于林丹矿化效果的影响。在pH=6.5,电流密度20 m A/cm2,电解质为21.1 mmol/L的硫酸钠,林丹初始浓度为5 mg/L,电解8 h TOC去除率达到70.5%。同时,通过电子自旋共振(ESR)研究不同条件下信号峰的变化规律及自由基产生机理,结果表明Fe-ZSM-5粒子电极首先促进H*自由基的产生,随着时间的进行体系中检出有DMPO-OH信号峰,表明OH*自由基的产生。最后通过气象色谱-质谱联用仪检测测林丹降解的中间产物,并且推测出两条林丹在该体系中可能的完全矿化路径,且电解8 h林丹溶液的生物毒性抑制率为80.88%。(4)研究三维粒子电极系统降解有机氯抗菌剂三氯生,随着电流密度和Fe-ZSM-5粒子电极投入量的增加,三氯生的降解速率加快,酸性条件有利于三氯生的降解。在电流密度为20 mA/cm2,电解质为21.1 mmol/L的硫酸钠,pH=3,三氯生初始浓度为5 mg/L,粒子电极0.05 g,反应8 h,三氯生的降解率达到97.09%,并且符合一级反应动力学,速率常数为0.437 h-1
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