绿茶纳米铁活化过硫酸钠降解1,2,3-三氯丙烷的实验研究

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1,2,3-三氯丙烷(1,2,3-trichloropropane,TCP)是一种新兴的人工合成的氯代烃有机污染物,会造成土壤和地下水的污染,进而威胁人类健康。近年来,基于硫酸根自由基的过硫酸盐(persulfate,PS)高级氧化技术被广泛应用于废水中难降解有机物的降解,但活化方式的选择至关重要。本研究将采用绿茶纳米铁悬浮液(GT-NIS)活化PS,应用到有机污染物TCP的降解实验,并通过优化条件,提高TCP的降解效率。(1)通过绿茶提取液与硫酸亚铁反应生成了GT-NIS。SEM/EDX和TEM结果表明纳米铁颗粒形状为较规则圆球形,粒径大小约为20-100 nm,分散性较好,且GT-NIS颗粒中主要存在元素有C、O、S、Fe,原子百分比分别为69.91%、28.25%、0.45%、1.38%;XPS结果显示,GT-NIS中有二价铁和三价铁存在;通过FT-IR结果证实,GT-NIS中含有-OH、-CH3、C=O、-CH2-、C-O、C-H、-OCH等有机基团以及铁和铁氧化物。(2)本论文研究了PS浓度、TCP浓度、GT-NIS浓度以及温度对GT-NIS活化PS降解TCP效果的影响。研究结果表明,TCP的动力学曲线能很好的拟合一级反应动力学模型(R2>0.9)。TCP的降解速率随温度的增大而变大;PS浓度为5-25 mM范围内,TCP的降解速率随PS浓度的增大而变大。通过对PS浓度、TCP浓度、GT-NIS浓度以及温度等条件优化,对于100 mg/L TCP,在PS 25 mM、GT-NIS 0.05 mM(以Fe计)和25℃时,反应48 h后TCP的降解率达到了77%。阴离子对TCP的降解效果整体表现为抑制作用,TCP降解率存在以下顺序:NO3-(58%)>Cl-(57%)>SO42-(53%)>PO43-(18%)。(3)绿茶提取液、绿茶纳米铁颗粒均不能有效还原TCP(12%),而未活化或绿茶提取液活化的过硫酸盐氧化降解TCP的效率也很低(16%和1%),Fe2+和Fe3+活化过硫酸盐氧化降解TCP的效率可达34%和25%,可以有效降解TCP,但明显低于绿茶纳米铁活化过硫酸盐降解TCP的效率(77%)。这充分说明,绿茶纳米铁悬浮液活化过硫酸盐对提升污染物的降解效率具有显著的优势。(4)通过硝基苯、苯甲醚和六氯乙烷对自由基的捕获,确定了反应体系中有SO4-·和·OH存在,且·OH相对于SO4-·对TCP的降解贡献比例更大。TCP在GT-NIS/PS作用下的氧化降解,过硫酸盐中的硫元素完全转化为硫酸根,TCP中的氯元素大部分转化为氯离子,有机副产物种类也比较少,体系总的化学需氧量在明显下降。这说明对于整个体系,反应较为彻底,而未反应部分也越来越容易被氧化降解。整体来说,绿茶纳米铁悬浮液是一种新型的过硫酸盐活化剂,可以有效降低修复剂成本、减少Fe的次生污染、提高修复效率,对TCP的降解也更为彻底高效。
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