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。

过氧化氢氧化Cr(Ⅲ)_(x)Fe(Ⅲ)_(1-x)(OH)_(3)产生六价铬的规律与机制

在自然过程和工程修复中,Fe(Ⅱ)还原Cr(Ⅵ)主要生成铬铁氢氧化物[Cr(Ⅲ)_(x)Fe(Ⅲ)_(1-x)(OH)_(3)],但其中Cr(Ⅲ)的复氧化会极大影响用水安全以及铬污染修复治理效果。探究了过氧化氢(H_(2)O_(2))氧化Cr(Ⅲ)_(x)Fe(Ⅲ)_(1-x)(OH)_(3)产生Cr(Ⅵ)的规律与机制,主要关注的影响因素包括H_(2)O_(2)浓度、pH值和Cr(Ⅲ)含量,并选用甲醇作为活性氧化物种[HO~·、Fe(Ⅳ)]的淬灭剂,考察淬灭剂的加入对H_(2)O_(2)氧化Cr(Ⅲ)_(x)Fe(Ⅲ)_(1-x)(OH)_(3)产生Cr(Ⅵ)的影响。试验结果表明:(1)H_(2)O_(2)氧化Cr(Ⅲ)_(0.20)Fe(Ⅲ)_(0.80)(OH)_(3)产生Cr(Ⅵ)的速率与效率随着H_(2)O_(2)浓度、pH值的增加而增大,且Cr(Ⅵ)的产生效率还会受到Cr(Ⅲ)含量(x)的影响,即在pH=5.0条件下Cr(Ⅵ)的产生效率随x的降低而增加,在pH=9.0条件下Cr(Ⅵ)的产生效率随x的降低而降低;(2)甲醇淬灭试验证明,在pH=5.0~8.0范围内,H_(2)O_(2)是引起Cr(Ⅲ)氧化的主要氧化剂,同时Fe(Ⅲ)和Cr(Ⅲ)与H_(2)O_(2)发生(类)芬顿反应产生的活性氧化物种(HO~·)还可能进一步促进Cr(Ⅲ)氧化为Cr(Ⅵ),而在pH=9.0条件下,H_(2)O_(2)是引起Cr(Ⅲ)氧化的唯一氧化剂;(3)不同pH条件下,Cr(Fe)含量可以通过影响H_(2)O_(2)的消耗、活性氧化物种的产生、矿物表面的更新、Cr(Ⅵ)的释放而影响总Cr(Ⅵ)的产生速率和效率;(4)虽然Cr(Ⅲ)_(x)Fe(Ⅲ)_(1-x)(OH)_(3)被认为能更加稳定地保存还原产生的Cr(Ⅲ),但环境中的H_(2)O_(2)在特定条件下仍有可能将Cr(Ⅲ)氧化为Cr(Ⅵ),这是因为在偏酸性条件下共存的Fe(Ⅲ)可以提供更多的Cr(Ⅵ)吸附位点,将有利于H_(2)O_(2)和HO~·等氧化Cr(Ⅲ),在偏碱性条件下共存的Fe(Ⅲ)可以竞争消耗H_(2)O_(2)而抑制其对Cr(Ⅲ)的氧化。