【摘 要】
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随着社会的发展和进步,大量的有机化合物被应用到了人们的衣食住行中,不恰当的处理以及排放带来了严重的水环境污染问题,其中芳香族污染物致癌作用强,毒性大,会造成水环境严重污染甚至威胁人类健康。因此高效快速降解水中芳香族污染物具有重要意义。本文采用钼粉助催化Cu(II)活化过单硫酸盐(PMS)技术对水中芳香族污染物进行了降解研究。研究内容和结果如下:(1)研究Mo+Cu2++PMS体系的初始p H、过单
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随着社会的发展和进步,大量的有机化合物被应用到了人们的衣食住行中,不恰当的处理以及排放带来了严重的水环境污染问题,其中芳香族污染物致癌作用强,毒性大,会造成水环境严重污染甚至威胁人类健康。因此高效快速降解水中芳香族污染物具有重要意义。本文采用钼粉助催化Cu(II)活化过单硫酸盐(PMS)技术对水中芳香族污染物进行了降解研究。研究内容和结果如下:(1)研究Mo+Cu2++PMS体系的初始p H、过单硫酸盐、硫酸铜、钼粉的初始浓度以及水中常见阴离子(Cl-、NO3-、CO32-)、阳离子(Mg2+、Ca2+、Fe3+)和腐殖酸对该体系降解目标污染物的效果影响。最佳反应条件:[Mo]0=0.3 g/L,[Cu2+]0=0.3 m M,[PMS]0=0.5 m M,目标污染物的降解效率为99%,该体系对目标污染物的降解符合准一阶反应动力学(R~2>0.94),在快速反应阶段(0-15 min)的反应速率常数为0.25131 min-1,在慢反应阶段(15-30 min)的反应速率常数为0.1288 min-1;该体系在较宽的p H(3.0-9.0)范围内对目标污染物的去除表现出较强的性能;反应体系中,共存Cl-、Fe3+和过高浓度的腐殖酸会抑制目标污染物的去除。(2)研究Mo+Cu2++PMS体系对各类芳香族污染物的降解效率以及在实际水体中芳香族污染物的去除效率。该体系对单独甲基橙(Methyl Orange)、孔雀石绿(Malachite Green)、龙胆紫(Crystal Violet)、盐酸左氧氟沙星(Levofloxacin Hydrochloride)、环丙沙星(Ciprofloxacin)、金霉素(Chlortetracycline)等芳香族污染物及其混合污染物表现出较强的降解性能;由于实际水体中Cl-以及其他天然有机质的存在,该体系在实际水体中对目标污染物的降解效率受到一定抑制。(3)探究钼粉的循环稳定性,针对Mo+Cu2++PMS体系在最佳反应条件下对钼粉回收利用进行循环反应测试,同时对反应前后的钼粉进行X-射线衍射(XRD),X射线光电子能谱(XPS),扫描电子显微镜(SEM)和透射电镜(TEM)的表征。钼粉在该体系中经过四次循环仍能较好的去除目标污染物;XRD和XPS光谱图表明钼粉的性质并未发生明显变化,但回收钼粉的还原态Mo~0含量明显增加;SEM和TEM表明钼粉在降解实验前后的形貌基本没有变化。(4)研究了Mo+Cu2++PMS体系降解芳香族污染物的机制。通过淬灭实验以及电子顺磁共振光谱(ESR)实验分析表明,Mo+Cu2++PMS体系中主要的活性氧化物种为硫酸根自由基(SO4?-)、羟基自由基(.OH)、超氧自由基(?O2-)和单线态氧(~1O2),其中起主要作用的是羟基自由基(.OH)与和单线态氧(~1O2);该体系主要是钼粉表面的Mo~0将Cu(II)还原成Cu(I),Cu(I)活化PMS,进而产生SO4?-、HO?、?O2-和~1O2,自由基途径(SO4?-,HO?和?O2-)和非自由基途径(~1O2)均参与了该体系降解芳香族污染物的过程。(5)探究Mo+Cu2++PMS体系降解典型芳香族污染物罗丹明B和盐酸左氧氟沙星的中间产物及其可能的降解途径。罗丹明B被分解成小的脂肪酸和短链烯烃;盐酸左氧氟沙星的一条降解路径可能为其哌嗪环被降解进行两次四元环氢重排后分别脱去甲基分子和乙基分子,另一条路径可能是先脱去羧基,再进行两次四元环氢重排后分别脱去乙基和甲基。(6)探究Mo+Cu2++PMS体系对目标污染物的矿化度及钼离子与铜离子的浓度。Mo+Cu2++PMS体系比起Cu2++PMS能更好地矿化污染物;溶液中钼离子的浓度随着反应时间的增加不断增加,反应90分钟后溶液中钼离子的浓度基本达到平衡,其浓度为33 mg/L;反应溶液中铜离子的浓度为30μg/L,进行沉淀反应后铜离子浓度降至0.8μg/L,去除率达到97%。
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