无机碱性缓冲液活化过一硫酸盐降解橙黄Ⅱ的效能与机理

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近年来,基于过一硫酸盐(peroxymonosulfate,PMS)活化的高级氧化技术由于其能生成具有强氧化能力的活性物种而备受关注。碱活化PMS是一种新兴的活化方式,该方法能利用碱性废水本身的碱度活化PMS降解废水中的有机物,但是这种方法需要较高的碱性并且对设备的耐碱性要求较高。因此,建立一种能在弱碱性条件下提高碱活化PMS降解有机污染物的方法是非常必要的。以印染废水中常见有机染料橙黄II(Orange II,AO7)等作为模型污染物,提出了在弱碱性条件下三种无机阴离子(碳酸根离子、硼酸根离子、磷酸根离子)缓冲液为活化剂的新型绿色过硫酸盐活化方法,研究了三种活化体系降解模型有机污染物的动力学、影响因素以及初步的反应机理。首先,探究了碳酸盐缓冲液活化PMS降解AO7的效能与机制。研究结果表明,碳酸盐缓冲液活化PMS体系可以在30 min快速降解91.2%的AO7,且AO7在碳酸盐缓冲液活化PMS体系中的降解动力学符合假一级动力学模型。通过抑制降解实验发现,pH为9.0时,单线态氧(1O2)和超氧自由基(O2·-)是碳酸盐缓冲液活化PMS体系中的主要活性物种。其次,探究了硼酸盐缓冲液活化PMS体系降解AO7的效能与机制。研究结果表明,硼酸盐缓冲液活化PMS体系在pH大于9.0时,30min内AO7的去除率超过80%。AO7的降解速率随着PMS的浓度(0-2 mmol·L-1)、溶液温度(15-350C)升高而提高。通过抑制降解实验发现,pH为9.0时,1O2、O2·-和硫酸根自由基(SO4·-)是硼酸盐缓冲液活化PMS体系中的主要活性物种。通过紫外-可见光谱(UV-Vis)实验发现紫外区和可见光区的官能团均被氧化破坏。最后,探究了磷酸盐缓冲液活化PMS体系降解AO7的效能与机制。研究结果表明,在pH为9.0时,磷酸盐缓冲液活化PMS体系能在3min内完全降解AO7,且AO7的假一级降解速率常数为0.03895 s-1。通过抑制降解实验发现,该体系的活性物种随pH的变化而变化,在弱碱性条件下(pH<9.0)主要为SO4·-和羟基自由基(·OH),在强碱性条件下(pH>9.0)以·OH、O2·-1O2为主。通过自由基广谱性实验,证明该体系同样能够降解氯酚类化合物。另外,通过总有机碳(TOC)的去除率测定发现,AO7被氧化脱色的同时也被矿化。而磷元素本身是一种对水体有害的元素,通过投加氯化钙可以沉淀去除反应液中的磷酸根离子。
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