过碳酰胺氧化降解水中有机污染物的性能研究

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过碳酰胺(UHP)是一种固体氧化剂,兼具过氧化氢和尿素的性质,遇水可缓释出活性氧成分,缓慢可控,稳定性较好,作用时间长。其水溶液活性氧含量约等于36.17%的过氧化氢,具有氧化、消毒、杀菌、漂白的功效,且用后无残留毒性,是一种新型绿色强氧化剂,在有机合成、农业、医药、日用化工、环境治理等行业有着广泛的应用。芬顿、类芬顿反应因其产生大量高氧化活性自由基HO·且对污染物无选择性而广泛应用于污水处理领域。因此,本论文中利用UHP作为过氧化氢的固态替代氧化物,主要采用三种催化剂与UHP构成类芬顿体系氧化降解水中有机污染物。具体研究内容如下:(1)采用不同种金属离子对UHP进行活化,催化降解偶氮染料AO7,探究氧化剂、催化剂、污染物浓度、pH值对降解效果的影响,另外对各金属离子分解H2O2的能力进行评价,并初步探索其他金属离子促进Fe(Ⅱ)分解H2O2的效果,为后续研究提供研究基础。结果表明,在对H2O2的分解能力上,Fe(Ⅱ)是最有效果的金属离子,Cu(Ⅱ)对H2O2具有轻微的分解作用,而Mn(Ⅱ)和Co(Ⅱ)几乎不具有分解能力。另外在金属离子对Fe(Ⅱ)/UHP的强化实验中,Cu(Ⅱ)的存在对Fe(Ⅱ)分解H2O2具有明显的促进作用,因此后续采用Cu(Ⅱ)/Fe(Ⅱ)/UHP双金属体系来进行处理污染废水的进一步实验研究,以探究其降解效果和机理。(2)选取Cu(Ⅱ)对Fe(Ⅱ)/UHP体系进行强化,催化降解偶氮染料AO7,探究氧化剂浓度、污染物浓度、Cu(Ⅱ)/Fe(Ⅱ)配比、反应环境pH值对降解效果的影响,对降解机理进行研究,检测反应过程中H2O2、Fe(Ⅱ)浓度的变化,并探索自由基反应机制。最后对该处理方法进行评价。结果表明,Cu(Ⅱ)的加入对体系在各氧化剂浓度下都有一定的强化作用,而且少量Cu(Ⅱ)的存在即可对反应体系有所促进,减少了金属离子对环境的毒副作用。另外可利用工业废水中本身含有的Cu(Ⅱ)进行体系强化,避免外源添加金属离子。Cu(Ⅱ)的加入可提高Fe(Ⅱ)的稳定性以及H2O2的利用率,由自由基捕获实验可知HO·和O2·-为该体系中起到重要作用的活性自由基种类。双金属体系为处理难降解有机物废水、工业废水提供了一种很好的思路,具有广阔的发展前景。(3)采用螯合剂(CA)与Fe(Ⅱ)螯合形成的铁配体作为催化剂,其中选取草酸(OA)进行重点研究。利用OA/Fe(Ⅱ)/UHP体系催化降解双酚A(BPA),探究氧化剂浓度、污染物浓度、OA/Fe(Ⅱ)配比、反应环境pH值、共存离子及模拟实际废水条件下对该反应体系降解效果的影响,对降解动力学、降解机理进行研究,检测反应过程中H2O2、Fe(Ⅱ)浓度的变化,并探索自由基反应机制。最后对该处理方法进行评价。结果表明,OA的加入对Fe(Ⅱ)/UHP的处理效果有明显增强,原因在于OA的存在既降低了反应溶液的pH值,同时与Fe(Ⅱ)的螯合使得溶液中Fe(Ⅱ)的稳定性有所提高,减缓了铁沉淀的生成,扩大了适宜反应的pH范围,有利于体系对自然水体的处理,同时UHP的缓释性增强了氧化剂的利用率。共存离子CO32-,HCO3-和自然有机质(NOM)的存在对降解有明显的抑制作用。BPA的降解过程为两段反应,15 min后的慢速反应阶段符合准一级动力学模型。另外在自由基捕获实验中发现HO·和O2·-均对体系的氧化降解起到了重要作用。OA/Fe(Ⅱ)/UHP体系为处理含有难降解污染物的自然水体提供了一种切实有效的修复方法,并且清洁经济,具有广阔的发展前景。
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