UV/TiO2和UV/K2S2O8体系中典型偶氮染料降解动力学及转化机制研究

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偶氮染料在纺织、印染、皮革、食品等工业中应用广泛。然而偶氮染料废水具有COD高、色度高、可生化性差、成分复杂的特点,成为世界上公认难治理的有机污染废水。传统的染料废水处理工艺很难满足人类对环境友好的追求。因此,探索偶氮染料的有效去除及其在水体环境中的迁移转化机制具有重要的实际意义。本论文选定UV/TiO2和UV/K2S2O8两种体系对目标偶氮染料降解动力学和转化机制进行研究。(1)UV/TiO2体系下偶氮染料降解动力学的响应曲面法优化和转化机制研究利用光催化技术探讨了单偶氮染料酸性红13(AR13)和酸性红37(AR37),双偶氮染料刚果红(CR)和直接蓝15(DB15),以及三偶氮染料直接蓝71(DB71)在水溶液中的降解可行性,结果表明五种偶氮染料降解符合假一级动力学模型。进一步以AR37为模型化合物,根据中心复合实验设计原理,建立了催化剂用量、反应温度、底物浓度和溶液初始pH值对光催化降解效率影响的二次回归方程,得出AR37光催化降解的最优条件为催化剂浓度为2.3 g·L-1,底物浓度为90μmol·L-1,温度为12.5℃,溶液初始p H值为8.7。水溶液中不同阴阳离子对AR37降解动力学的影响较大,其中Na+、Fe2+、Fe3+和Zn2+等对AR37的降解具有明显的抑制作用,而Cu2+则体现了一定程度的促进作用。然而CrO42-、SO42-、ClO3-、Mn O4-和Cl-阴离子则对其降解均体现了不同程度的抑制作用。最后利用GC/MS对几种目标偶氮染料的光催化降解产物进行了初步的分离与分析,研究发现光催化过程中N=N和C-N键断裂后的进一步羟基化是几种目标偶氮染料主要的降解途径。(2)UV/K2S2O8体系下偶氮染料降解动力学单变量优化和转化机制研究利用光活化过硫酸盐技术探讨了AR37、CR和DB15在UV/K2S2O8体系下的降解可行性,结果表明三种偶氮降解符合假一级动力学模型。并遵循以下规律:AR37>DB15>CR然后进一步研究了不同底物初始浓度、过硫酸盐用量和温度对三种偶氮染料降解效果的影响,实验发现不同因素对偶氮染料的降解影响明显。最后,利用GC/MS对该体系降解中间产物进行检测,并对三种偶氮染料的前线电子云密度进行计算,预测活性氧物种对目标化合物的最佳攻击位点。结果表明·SO4-和·OH是引起偶氮染料降解的主要活性物种,其在导致偶氮染料分子中N=N和C-N键断后再进一步矿化降解。
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