UV/Fe(Ⅲ)-富马酸盐体系光氧化降解模拟有机废水

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光催化技术作为高级氧化技术的一种,具有操作简单,无二次污染、降解速度快而且高效的特点,得到广泛的关注和研究。均相光催化作为光催化技术的一种,均相光催化中铁-羧酸盐体系在处理有机污染水体中显示出良好的光催化性能而得到广泛的研究。本论文研究了Fe(Ⅲ)-富马酸盐体系光催化氧化橙黄Ⅱ和对硝基苯酚的性能,详细讨论了各个影响因素对有机物降解的影响、光氧化有机物动力学,并探讨反应过程中的光谱分析和TOC分析,以及结合GC-MS推测反应机理。主要认识和结论如下:  (1)采用荧光法和分光光度法分别检测到 Fe(Ⅲ)-富马酸盐体系光解产生的羟基自由基和过氧化氢;通过紫外光谱分析发现,改变Fe(Ⅲ)、富马酸盐初始浓度影响着Fe(Ⅲ)-富马酸盐体系对光的吸收,相比于富马酸盐,Fe(Ⅲ)初始浓度的改变对体系光的吸收影响较大。  (2) UV/Fe(Ⅲ)-富马酸盐体系、UV/Fe(Ⅲ)体系、UV/富马酸盐体系、Fe(Ⅲ)-富马酸盐体系和UV体系对照实验表明,在紫外光照射条件下Fe(Ⅲ)-富马酸盐体系对橙黄 II有较强的光催化氧化能力;采用自由基淬灭法间接证实了Fe(Ⅲ)-富马酸盐体系能发生光解并产生羟基自由基、超氧负离子自由基;实验室条件下橙黄Ⅱ的光氧化反应在误差允许范围内符合一级反应动力学,一级反应方程速率常数k随着Fe(Ⅲ)、富马酸盐初始浓度的增大而增大,随着溶液pH值和橙黄Ⅱ初始浓度增大而减小;进行了橙黄Ⅱ光氧化动力学分析,它的表观动力学方程:-dC橙黄Ⅱ/dt=0.3203[橙黄Ⅱ]0.2313[Fe(Ⅲ)]0.3578[Fumarate]0.0570(R2=0.9998),Fe(Ⅲ)是影响反应速率的主要因素;通过橙黄Ⅱ反应前后光谱分析和TOC分析,Fe(Ⅲ)-富马酸盐体系的光氧化作用破坏了橙黄Ⅱ分子结构中苯环、萘环和偶氮键,环状结构发生开环,使其矿化成为无机小分子物质。  (3)通过五种体系对照实验发现,UV/Fe(Ⅲ)-富马酸盐体系有较强的光催化氧化对硝基苯酚的能力;采用自由基淬灭法,发现淬灭羟基自由基后对硝基苯酚降解效率从97.3%减少到30.1%;在误差允许范围内,光氧化对硝基苯酚的反应符合一级反应动力学,一级反应方程速率常数k随着Fe(Ⅲ)、富马酸盐初始浓度增大而增大,随着溶液pH值和对硝基苯酚初始浓度增大而减小;进行了对硝基苯酚光氧化动力学分析,对硝基苯酚光氧化反应的初始速率随着Fe(Ⅲ)、富马酸盐、对硝基苯酚初始浓度的增加而增大,其表观动力学方程:-dCPNP/dt=0.1478[PNP]0.2567[Fumarate]0.2492[Fe(Ⅲ)]0.3460(R2=0.9977);通过对硝基苯酚反应前后光谱分析和TOC分析,Fe(Ⅲ)-富马酸盐体系的光氧化降解作用破坏了对硝基苯酚结构中苯环、硝基和酚羟基三者之间的相互作用,使其发生开环,最后被矿化成为无机物质;采用GC-MS检测对硝基苯酚降解过程中的中间产物,推断羟基自由基氧化对硝基苯酚反应机理,结果表明中间产物产生对苯二酚,说明羟基自由基氧化对硝基苯酚的主要途径是先取代其分子结构上的硝基,再进一步氧化,最终致使苯环开环生成一些无机小分子物质。
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