利用管网生长环内铁氧化物催化降解PCE的效能研究

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四氯乙烯(Perchloroethylene,PCE)是难以降解且具有良好挥发性质的氯代烯烃化合物,是水体中存在的污染物质之一。PCE对人体存在一定的毒理性,接触后会对人体各器官或系统产生一定的危害。管道生长环是管网长期使用后产生的铁氧化物等聚合物,其主要成分为:针铁矿(α-FeOOH)、纤铁矿(γ-FeOOH)等。论文以生长环的分析及实验室制备针铁矿、纤铁矿为基础,考察针铁矿、纤铁矿作为催化剂,分别催化过氧化氢、过硫酸钠及双氧化剂协同降解水中PCE的反应效果,并对催化氧化体系降解PCE的反应机理进行浅析。实验室制备的两种铁氧化物经检测为成晶型良好的针铁矿与纤铁矿,针铁矿呈针状,纤铁矿呈絮状及雪花状;针铁矿比表面积为146.848 m2/g,纤铁矿为168.812 m2/g;针铁矿的pHpzc=6.1,纤铁矿的pHpzc为=5.4,混合铁矿的pHpzc=5.9。针铁矿、纤铁矿/H202构成的氧化体系对PCE具有良好的降解效果,8h时PCE去除率可达到86.3%。氧化体系降解效果的影响因素实验表明:PCE的去除率受pH值的影响最显著,受到催化剂投加比例、HCO3-浓度影响较小,催化剂投加量影响最小。氧化体系降解去除PCE的最佳条件组合为:pH=4,催化剂投加比例为2针铁矿:1纤铁矿,HCO3-浓度为12mmol/L,催化剂投加量为0.3g。针铁矿、纤铁矿/Na2S208构成的氧化体系对PCE具有较好的降解效果,8h时PCE去除率可达到61.3%。氧化体系降解效果的影响因素实验表明:PCE的去除率受pH值的影响最显著,受催化剂投加比例、催化剂投加量影响较小,HCO3-浓度影响最小。氧化体系降解去除PCE的最佳条件组合为:pH=7,催化剂投加比例为1针铁矿:1纤铁矿,共存HCO3-浓度为8mmol/L,催化剂投加量为0.2g。在此基础上使用过氧化氢强化过硫酸钠构成双氧化体系降解PCE的效果最高可达到92.1%,证明双氧化剂协同可以显著提升体系降解PCE的效果。针铁矿、纤铁矿/H2O2体系及针铁矿、纤铁矿加a2S2O8体系降解PCE符合二级反应动力学,双氧化剂协同时PCE的降解符合一级反应动力学;化学探针屏蔽自由基的实验证明单、双氧化体系下·OH是主要起效氧化性物质,·SO4-也参与到了氧化过程中;反应体系内铁离子溶出量可达到7.43mg/L;因此PCE的降解应主要基于铁离子溶出与氧化剂反应产生了大量的·OH与·SO4-。
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