钢渣/氮掺杂改性活性炭催化过硫酸盐降解罗丹明B

以提高钢渣资源化利用和深度降解有机污染物为研究目标,通过改变氨气煅烧温度制备了系列钢渣/氮掺杂改性活性炭复合材料,并用于催化过硫酸钠处理罗丹明B(RhB)废水。同时采用N2吸附/脱附、XRD、XPS等手段对复合材料的孔结构和表面性质进行了表征。结果表明:氮元素的引入可改善复合材料中活性金属与活性炭之间的相互作用,从而提高复合材料的催化活性。以最优复合材料60%GZ/AC-N800为研究对象,在反应温度为35℃、PS加量为2 g/L和宽pH(3~11)操作条件下,反应30 min后罗丹明B(100 mg/L)的去除率可达88.7%~92.2%。动力学分析发现,60%GZ/AC-N800复合材料催化PS降解RhB符合准二级动力学。自由基掩蔽实验发现,该降解过程是自由基途径(SO_(4)^(·-)和·OH)和非自由基途径(^(1)O_(2))共同参与反应的氧化过程。

高温改性钢渣活化过硫酸盐降解甲基橙和苯酚的反应机制

采用高温改性钢渣活化过硫酸盐(peroxymonosulfate,PMS)降解甲基橙(methyl orange,MO)和苯酚(phenol,AR)。考察了改性钢渣投加量、PMS浓度、初始pH值、反应温度对MO和AR降解效果的影响。在改性钢渣质量浓度为9.0 g/L、PMS物质的量浓度为12.0 mmol/L、初始pH值为7.0、反应温度为25℃的条件下,反应90 min,30 mg/L MO和15 mg/L AR的降解率分别达到90.5%和100%。材料表征分析结果表明,高温改性钢渣比表面积增大、孔隙率高、催化氧化PMS性能好,且重复利用仍有较好的原位恢复性能。自由基淬灭和电子顺磁共振波谱实验说明,高温改性钢渣/PMS反应体系存在非自由基(1 O 2)和自由基(SO_(4)^(-)·和·OH),发挥了碱活化PMS和铁氧化物活化PMS的共同作用,最终将MO和AR降解为小分子物质。

基于响应面法的微电解活化过硫酸盐降解苯酚研究

目的优化微电解活化过硫酸盐氧化处理苯酚废水体系的工艺条件,提高废水处理效果。方法构建微电解活化过硫酸盐氧化降解体系,采用响应面法分析过硫酸盐浓度、初始pH值和反应温度对苯酚废水降解效果的影响,使用模型确定最佳工艺参数。结果三个因素对苯酚降解率均有较显著影响,显著性由大到小依次为反应温度、过硫酸盐浓度、初始pH值;模拟得出的最佳工艺条件:过硫酸盐浓度为15.98 mmol/L、初始pH值为2.78、反应温度为74.73℃,并且模拟预测结果与试验数据非常接近。结论该模型可以较为准确地预测微电解活化过硫酸盐降解苯酚废水的最佳反应条件与降解率。

零价铁活化过硫酸盐降解土壤中邻苯二甲酸酯

为了探究零价铁(ZVI)活化过硫酸盐(PS)对土壤邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(DEHP)的降解效率、最优降解条件及对土壤性质的影响,该文通过单因素实验和正交实验,研究初始pH值、水土比、PS浓度、ZVI添加量、反应时间对DEHP降解效率的影响,同时探讨了氧化体系对土壤理化性质和速效养分的影响。结果表明,5个因素对DEHP降解率的影响程度依次为PS>初始pH>ZVI添加量>水土比>反应时间。当初始pH为3、水土比4∶1、PS浓度为1 mmol/g、ZVI添加量为0.5 mmol/g、反应80 min时DEHP降解率在75.12%~80%之间,降解效果最佳。ZVI/PS氧化体系对土壤性质影响较大,随着PS浓度增加,土壤pH、土壤有机质含量呈现不同程度的降低,土壤电导率和氧化还原电位呈递增趋势。当同时加入PS和ZVI时,速效氮含量显著增大;单独向土壤溶液中添加ZVI或PS均使土壤速效磷含量显著增高,当土壤溶液中同时添加PS和ZVI后,速效磷含量急剧下降;而当ZVI或PS的浓度比≥1时,速效钾含量急剧下降,降幅达到76%。在实际修复PAEs污染土壤时要充分评估氧化剂添加量对土壤性质的影响,该研究可为ZVI活化PS去除土壤环境介质中的DEHP提供了理论和实践依据。

氮锰共掺生物炭活化过硫酸盐降解安塞蜜的研究

考察了高温热解法制备的氮锰共掺生物炭协同过硫酸盐降解水中新兴污染物安塞蜜的效能与机制。表征结果表明,氮锰共掺生物炭具有良好的比表面积与孔径结构。实验结果表明,氮锰共掺生物炭协同过硫酸盐能够显著提升水中安塞蜜的降解率,表现出更高的降解效能;在催化剂投加质量浓度为2.5 g/L、过硫酸盐浓度为8 mmol/L及不改变初始溶液pH的条件下,120 min时对安塞蜜的去除率高达94.17%。降解反应以硫酸根自由基为主导自由基。氮锰共掺生物炭具有良好的活化性能和回收利用率。

过硫酸盐活化方法研究进展

综述了国内外过硫酸盐活化方法的研究进展,分析了物理活化方法、化学活化方法、联合活化方法产生氧化性自由基的机理,总结了不同活化方法的优缺点和常见应用场景以及利用活化的过硫酸盐降解有机污染物的研究现状。在分析总结过硫酸盐活化方法存在问题的基础上,提出过硫酸盐活化方法的进一步研究设想,以期为过硫酸盐修复实际污染土壤提供技术支撑。

氧化钙活化过硫酸盐修复重金属-有机物复合污染土壤

采用氧化钙活化过硫酸盐氧化法修复重金属-有机物复合污染土壤,考察了过硫酸钠投加量、过硫酸钠与氧化钙投加比、水土比等对修复效果的影响,探讨了机理。结果表明,在过硫酸钠投加量2.5 mmol/g,氧化钙与过硫酸钠投加比2∶5,水土比3∶1的条件下,汞、砷的钝化率分别为81%和83%,存在形态由弱酸提取态转化为更为稳定的残渣态,氯仿、苯、总石油烃和1,2,3-三氯丙烷的去除率分别为99%,98%,82%,80%。氧化钙一方面,催化过硫酸盐,产生硫酸根自由基和羟基自由基氧化重金属、降解有机污染物。另一方面,通过物理固封和吸附、络合、沉淀作用钝化汞、砷。研究为重金属-有机物复合污染土壤修复技术的实际应用奠定基础。

紫外光辅助MnFe_(2)O_(4)@活性炭活化过硫酸盐降解盐酸四环素

通过水浴-逆共沉淀法制备磁性催化剂MnFe_(2)O_(4)@AC(MFA),并对其结构和磁性进行了系统表征。结果显示,MnFe_(2)O_(4)纳米颗粒包覆在活性炭(AC)表面,构成了多级孔结构。MFA较AC基体材料的比表面积有所下降,但仍高达176 m^(2)·g^(-1),平均孔径为8.49 nm。MFA的比磁化强度高达38.92 emu·g^(-1),可利用外磁场实现高效固液分离。以MFA为催化剂,在紫外光辅助下活化过硫酸氢钾(PMS)降解盐酸四环素(TC)。研究表明,在紫外光辐照下MFA/PMS体系对TC降解率能够达到97.70%,是无紫外光照射体系的1.2倍;共存阴离子、药剂制度、TC初始质量浓度等因素对系统的催化性能具有显著影响。循环5次之后,降解率仍可达到82.76%。自由基猝灭实验表明,超氧自由基(·O_(2)^(-))和单线态氧(^(1)O_(2))是紫外光辅助MFA/PMS高级氧化体系中的主要活性氧。机理分析表明,MFA的高吸附性为催化降解提供了良好的基础,紫外光辐照和MFA/PMS高级氧化体系的协同效应可显著提升活性基团的生成效率,从而促进了有机分子的降解。

稻壳生物炭/过硫酸盐降解水中四环素的研究

以稻壳为原料,制备了稻壳生物炭,并运用FTIR、XRD等进行表征,详细研究了稻壳生物炭/过硫酸盐体系对水中四环素的去除效果和机制,并对四环素降解过程进行了动力学分析。结果表明,制备的稻壳生物炭对过硫酸盐具有良好的活化性能,能协同过硫酸盐实现四环素的高效去除。稻壳生物炭/过硫酸盐体系对四环素的去除率显著高于单一生物炭、过硫酸盐体系和活性炭/过硫酸盐体系。稻壳生物炭/过硫酸盐体系降解100 mL浓度10 mg/L四环素的最佳工艺条件为:生物炭投加量3 g/L,过硫酸盐投加量12 mmol/L,反应温度60℃,初始溶液pH为5.5,反应时间为120 min。该条件下,四环素的去除率达93.9%。FTIR证实,制备的稻壳生物炭表面富含羟基、羧基等含氧官能团,可活化过硫酸盐产生更多硫酸根自由基。此外,水中共存阴离子对降解过程存在不同程度的抑制作用。动力学分析表明,四环素降解过程符合一级反应动力学模型;自由基猝灭实验证实,反应体系主导自由基为硫酸根自由基。

电协同Fe^(2+)活化过硫酸盐处理偶氮染料废水的研究

偶氮染料废水会对自然环境和人类健康产生巨大危害。文章研究电协同Fe^(2+)活化过硫酸盐体系高效处理偶氮染料废水,以金橙G废水为处理对象,考察不同反应条件例如pH、Fe^(2+)投加量、过二硫酸盐(PDS)投加量、电流密度等因素对处理效果的影响,采用响应曲面法优化反应条件并确定最佳反应条件下的处理效果。结果表明,在pH为3、极板间距为9 cm、电流密度为15 mA/cm^(2)、PDS投加量为6.66 mmol/L、Fe^(2+)投加量为2 mmol/L、Na_(2)SO_(4)投加量为89.39 mmol/L的条件下,金橙G废水色度平均去除率为93.03%,COD平均去除率为85.80%。分析电协同Fe^(2+)活化过硫酸盐体系起主要作用的自由基及降解机理,证实了电和Fe^(2+)的协同作用。该研究可为电协同Fe^(2+)活化过硫酸盐体系在偶氮染料废水处理领域的应用提供技术支撑。

过硫酸盐缓释剂协同微生物降解水中污染物实验研究

制备石蜡包覆过硫酸盐(PS)缓释材料,设计纳米零价铁(nZVI)活化PS缓释材料批次实验,研究PS与污染物质量比、PS与石蜡质量比、nZVI与PS质量比等因素对水中2,4-二氯酚(2,4-DCP,又称2,4-二氯苯酚)降解效果的影响,并协同微生物开展降解实验,研究PS缓释材料对微生物生存环境的影响。结果表明,PS与2,4-二氯酚质量比为70∶1,PS、石蜡及nZVI质量比为3∶1∶2.4时,缓释体系对2,4-二氯酚降解效果最佳,312小时内降解率能达到90%以上,当该缓释体系与具有降解能力的微生物协同使用时,能进一步提高2,4-二氯酚降解率,降解率接近100%,说明该缓释材料可以在受2,4-二氯酚污染的水中使用,不会破坏水中微生物的生存环境。

“虾壳生物质炭活化过硫酸盐降解2,4-二氯酚”创新实验设计

将科研成果与创新创业实践教学相结合,设计实施创新综合探究实验,以虾壳为原料制备虾壳生物质炭,用于活化过硫酸盐降解2,4-二氯酚。实验结果表明,虾壳生物质炭在酸性和中性条件下可以有效活化过硫酸盐去除2,4-二氯酚,去除率可达96%。通过该实验,学生能够掌握纳米材料的制备、表征等基本实验技能,能够对数据进行处理和分析,树立“以废治废”理念,增强解决实际问题的能力,提高创新意识。

活化过硫酸盐降解抗生素类污染物的研究进展

随着抗生素在世界范围内的普遍应用,在环境中长久赋存乃至在生物体内累积,易引发大风险和严重危害,尤其是严重影响人体健康,开发能降解抗生素的高效技术和先进工艺是当前亟待解决的问题。在众多去除手段中,基于活化过硫酸盐的高级氧化技术作为有效去除抗生素的新兴方法,能够快速且高效地去除抗生素类污染物,逐渐得到学者们的关注。论文汇总了近年来活化过硫酸盐降解抗生素类污染物的研究案例,介绍了活化过硫酸盐的主要方法,分析了针对活化过硫酸盐技术降解抗生素废水的主要影响因素,并对未来的研究方向以及发展趋势进行了展望。

生物质炭材料活化过硫酸盐降解有机污染物的研究进展

作为经济、易得的含碳材料,生物质炭已应用于高级氧化领域。以硫酸根自由基为基础的高级氧化工艺是降解有机污染物的有效方法之一。本文综述了过硫酸盐的特点及其氧化降解有机污染物的反应原理,重点分析了生物质炭材料的非金属改性(氮掺杂、硼掺杂和硫掺杂)、金属改性、表面修饰等改性方式对其活化过硫酸盐降解有机污染物的影响,讨论了生物质炭基催化剂对典型有机污染物的降解效果与机理,并展望了生物质炭基材料在活化过硫酸盐降解有机污染物领域的技术挑战和发展前景。

煤气化渣活化过硫酸盐体系氧化去除菲

采用固体废弃物煤气化渣(CGS)作为过硫酸盐(PS)的活化剂,考察CGS/PS对菲的去除性能。使用SEM-EDS、XPS表征了CGS的微观结构和元素组成;通过自由基掩蔽实验和电子顺磁共振(EPR)实验确定自由基种类;考察了CGS质量浓度、PS初始浓度、初始pH、共存离子对CGS/PS体系中菲去除率的影响,探讨了反应机理并推测降解路径,并使用ECOSAR软件评估菲及其产物的毒性。结果表明,CGS中Fe元素质量分数为11.9%,可有效活化PS。在菲质量浓度为1 mg/L、pH=3、CGS质量浓度为0.7 g/L、PS初始浓度为1 mmol/L的条件下,60 min后CGS/PS体系对菲的去除率可达95.34%,PS的利用率为29.18%。菲降解过程符合伪一级动力学模型,CGS/PS体系产生了SO_(4)^(–)•和•OH,且SO_(4)^(–)•在菲降解过程中起主要作用,共存离子HCO_(3)^(–)、NO_(3)^(–)对反应的抑制作用较显著。菲主要通过去羰基、羟基化、脱碳等反应分解为长链酸、酯,最终转化为CO_(2)和H_(2)O。ECOSAR模型评估发现,菲降解的中间产物毒性普遍低于菲。

过硫酸盐高级氧化原位修复地下水中卤代烃污染研究进展

近年来,地下水卤代烃污染问题日益突出,在多种修复技术中,过硫酸盐(PS)高级氧化技术由于其氧化能力强、反应适用pH范围广、半衰期长且氧化范围广,在水处理界引起了广泛关注。本文先对地下水卤代烃的赋存类型进行了分类,指出国内污染场地检出的卤代烃大部分为重非水相液体(DNAPLs),然后对收集的155个污染地区的卤代烃检出类型和频次进行了统计。对于PS高级氧化技术对卤代烃的降解机制,本文作了详细的分析,大体上分为自由基途径和非自由基途径。由于单一的PS活性不高,因此需要将其活化才能起到较好的氧化效果。在此,总结了金属基催化剂和碳基催化剂的种类和特点。最后讨论了具体应用时PS浓度、无机阴离子、反应初始pH和地下水中天然有机物对反应的影响。与传统的地下水卤代烃修复技术相比,过硫酸盐高级氧化技术可以成为高效清洁的替代技术。

铁阴极活化过硫酸盐高效去除水中四环素的动力学研究

抗生素广泛存在于地表水和地下水中,对水生环境和人类健康构成了严重威胁,已成为国际公约管控的重要新污染物。高级氧化技术是处理难降解新污染物的有效技术。基于电化学-过硫酸盐的高级氧化技术在抗生素等新污染物治理中受到了广泛关注,但传统铁阳极活化方法仍存在污泥产量大等缺陷。因此,本研究开发了基于铁阴极电化学活化过硫酸盐(PDS)的高级氧化技术,并研究了其对抗生素(四环素)的降解动力学和机理。研究建立了四环素降解的多过程耦合动力学理论模型,模型模拟结果与实验数据基本吻合,结果表明铁阴极体系能高效降解四环素(0.42±0.00738 M^(-1)·s^(-1))并降低电极损耗。通过对主控因子的解析,发现PDS浓度、电流大小、初始pH值、初始四环素浓度均能不同程度影响四环素的降解动力学。通过对降解机制研究,发现铁阴极体系中的主要活性氧物种为·SO_(4)^(-)和·OH,它们对四环素降解的贡献分别为28.02%和71.98%。研究结果为应用铁阴极-过硫酸盐技术高效治理抗生素等新污染物提供了重要支撑。

单原子催化剂在过硫酸盐氧化体系中的研究进展

近年来,大量研究表明过硫酸盐高级氧化技术(PS-AOPs)是处理污水中难生物降解有机污染物的有效策略.寻求高活性、高稳定性、低成本的催化剂是实现过硫酸盐高效活化降解新污染物的关键.相比于传统金属纳米颗粒催化剂,单原子催化剂(SAC)在PS-AOPs中表现出超快的反应速率、较低的金属负载量以及强金属与载体相互作用等优点.更重要的是,SAC具有原子级分布的活性中心,以便于从原子甚至电子层次下研究非均相催化体系中的构效关系和多种反应机制.然而,目前SAC在PS-AOPs中的研究尚处于起步阶段.本文重点综述了SAC活化过硫酸盐产生氧化活性物质的驱动机制,对结构调控与催化性能的相关性进行了系统总结,深入了解结构-性能关系,指出了精确调整催化剂活性位点的策略,并对相关研究领域未来的机遇和挑战提出了展望.

改性沼渣生物炭活化过硫酸盐去除加替沙星研究

为探究生物炭(BC)活化过硫酸氢钾(PMS)去除加替沙星(GAT)的机制,本实验以厨余沼渣为原料,制备沼渣生物炭,并进行改性处理得到钴炭复合材料(Co-BC)。探索了Co-BC活化PMS降解GAT的机理,研究了催化剂投加量、PMS溶液浓度、初始pH和反应温度对GAT去除率的影响,同时探究了Co-BC活化PMS的反应机制及其作为催化剂的可再生性。结果表明,改性后生物炭的孔隙结构得到改善,Co元素以CoO晶体形式存在于材料表面,且含有丰富羧基羟基等含氧官能团;Co-BC活化PMS体系对GAT的降解效果最佳,材料投加量和PMS浓度越大反应速率越快,高温碱性条件有利于反应进行;Co-BC活化PMS体系过程中存在自由基和非自由基两种机制协同降解机制;所制备的材料具备良好的再生性能,研究结论为水体中GAT的污染治理提供了新的思路。

浒苔生物炭负载纳米零价铁激活过硫酸盐去除水中环丙沙星的研究

以浒苔(Enteromorpha prolifera)生物炭(biochar,BC)为载体,通过液相还原法制备了一种具有较高去除性能的生物炭负载纳米零价铁(nanoscale zero-valent iron,nZVI)nZVI@BC作为过硫酸盐的激活材料,用于去除水中的抗生素环丙沙星(ciprofloxacin,CIP).采用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪和X射线光电子能谱对材料的表观形貌、粒径、晶型结构和化学形态进行分析.结果表明,BC的负载有效提高了nZVI的分散性,增加了反应活性位点.在BC与Fe的质量比为2:1,nZVI@BC质量浓度为0.6 g·L^(-1),过硫酸盐浓度为2 mmol·L^(-1),CIP质量浓度为10 mg·L^(-1)条件下,60 min内CIP的去除率达91.45%.自由基猝灭和电子顺磁共振结果证明,CIP的去除主要依靠SO_(4)^(-)·,HO·,·O_(2)^(-)和^(1)O_(2)等自由基的强氧化作用,其中·O_(2)^(-)起主要作用.