没食子酸强化Fenton体系对水中DEET降解的研究

针对Fenton反应过程中生成的Fe^(3+)的还原速率相对于Fe^(2+)和H_(2)O_(2)的反应速率较慢限制了其降解效率的问题,以N,N-二乙基-间甲苯酰胺(DEET)为目标污染物,比较了3种络合剂对Fenton反应的促进效应。结果表明,在DEET浓度为200μmol/L、H_(2)O_(2)/Fe^(2+)摩尔比为20∶1、初始Fe^(2+)浓度为50μmol/L、没食子酸(GA)/Fe^(2+)摩尔比为1∶1以及pH=7.0的条件下,DEET的去除效率在20 min内达到75.3%。与传统的Fenton体系相比,DEET的降解效率提高了63.8%。HO·是加速DEET降解和矿化的主要活性氧物质。GA促进了Fe^(3+)的还原和H_(2)O_(2)的分解,从而促进了额外自由基的生成,加速了Fe^(2+)/H_(2)O_(2)体系对DEET的降解。

Fe(Ⅵ)氧化降解1-萘酚的实验研究及密度泛函理论计算

以1-萘酚(1-NAP)为目标污染物,采用Fe(Ⅵ)对其进行氧化降解,考察了降解效果的影响因素,进行了自由基分析,利用GC-MS鉴定了中间产物,基于密度泛函理论(DFT)预测了反应位点,并推测了反应路径。实验结果表明:在Fe(Ⅵ)与1-NAP(100 mg/L)的质量比为6∶1、反应液pH为9.0(硼砂缓冲溶液)的优化条件下,于12℃反应360 s,1-NAP降解率可达91.4%;Fe(Ⅴ)/Fe(Ⅳ)和·OH对1-NAP降解的贡献率分别为23.9%和14.5%。DFT计算结果表明,7、9、10号碳原子以及11号氧原子的亲电反应福井函数(f^(-))值较高,说明这些位点更易被Fe(Ⅵ)包围。Fe(Ⅵ)氧化降解1-NAP的机理包括单氧转移、双氧转移、·OH攻击以及单电子转移。

富含氧空位S型MIL-101(Fe)/BiOCl异质结增强光催化去除Cr(Ⅵ)

Cr(Ⅵ)污染物有毒有害且不可生物降解,会对环境造成严重破坏。光催化技术可实现Cr(Ⅵ)的有效去除,在解决环境污染问题方面具有良好前景。因此,本文通过在富含氧空位(OV)的BiOCl微球表面原位生长MIL-101(Fe)晶体,构建了一种新型富氧缺陷MOF基S型异质结催化剂-MIL1--101(Fe)/BiOCl。这种催化剂在高浓度Cr(Ⅵ)的光催化还原中表现出优异活性,60 min内对Cr(Ⅵ)溶液(10 mg·L^(-1),100 mL)的光还原效率达到88.5%,其光催化效率分别是BiOCl和MIL-101(Fe)的4.4和9.0倍。而且,MIL-101(Fe)/BiOCl还表现出良好的抗环境干扰性、稳定性和可重复使用性,显示出令人印象深刻的实际应用前景。实验结果表明,富含氧空位的S型MIL-101(Fe)/BiOCl异质结构暴露了大量活性位点,促进了界面电荷分离,提高了光生载流子的氧化还原能力,从而增强了光催化性能。另外,经过活性自由基检测发现,e^(-)和·O_(2)^(-)是光催化反应过程中的主要活性物种。这些研究结果将为开发用于环境治理的缺陷半导体/MOF S型光催化剂开辟新的途径。

缺陷诱导电子-金属载体相互作用加速固液界面Fenton反应

水体污染物的深度氧化去除是环境领域的研究热点.芬顿反应作为典型的高级氧化技术(AOPs)被广泛用于水中有机污染物的去除.对于非均相芬顿反应,催化剂表面Fe^(3+)/Fe^(2+)的循环是决定其活性的主要因素.Fe^(3+)还原的关键在于接受额外电子,因此电子是提升芬顿反应效率的关键.传统非均相催化剂由于表面“惰性”,限制了固液界面电子的传递,导致Fe^(3+)/Fe^(2+)的循环效率处于较低的水平.因此设计一种具有高效界面电子传递性能的催化剂对提高芬顿反应效率至关重要.本文通过简易的酸处理法,成功合成了富含缺陷的NH_(2)-UiO-66(d-NU)材料,并将其用于水中有机污染物的去除.核磁共振氢谱(1H NMR)、热重分析(TG)、傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线吸收精细结构(EXAFS)等多种表征证明了酸处理诱导NH_(2)-UiO-66上缺陷结构的形成.光电流、电化学阻抗和时间分辨瞬态荧光光谱结果表明,缺陷结构的形成可有效促进光生电子-空穴的分离.与不含缺陷的NH_(2)-UiO-66(NU)相比,d-NU在光芬顿氧化过程中表现出更优的4-CP去除效率,其降解动力学速率常数是NU的11倍,极大地加速了4-CP的去除进程.实验及理论计算结果表明缺陷的形成破坏了Zr配位结构的几何对称性,导致Zr位点电荷密度的不对称分布.该不对称结构有利于Fe^(3+)富集到Zr-O簇上,并通过电子-金属-载体相互作用(EMSI)形成Zr‒O‒Fe桥键,促进催化剂固液界面电子的传输,提高催化剂界面Fe^(3+)/Fe^(2+)的循环效率.实际应用实验结果表明,在d-NU/Fe^(3+)/H_(2)O_(2)光芬顿体系中,环境水体中常见无机离子对4-CP的降解影响很小.同时,d-NU/Fe^(3+)/H_(2)O_(2)光芬顿体系能够对多种有机污染物保持较高的去除效率,且催化活性在经过10次循环后没有明显的衰减,说明d-NU具有较好的抗离子干扰性、降解多种污染物的普适性和结构稳定性.通过液相色谱-质谱监测确定了4-CP的降解途径,并通过毒理学模拟4-CP及其降解生成中间体的生物毒性,结果表明,4-CP降解过程中形成的中间体的综合毒性低于4-CP.综上,本研究揭示了MOF基芬顿催化剂中金属氧簇的配位关系对芬顿反应的作用机制,提出了富含缺陷的MOFs与Fe^(3+)之间电子转移的作用机制,为进一步开发高效芬顿催化剂提供了新思路.

Fe(Ⅵ)/Fenton体系协同去除焦化废水中菲和氟离子

为考察Fe(Ⅵ)/Fenton体系对焦化废水中有机物和无机物的协同降解效果,选取典型三环类多环芳烃菲和氟离子为研究对象,采用荧光技术,考察不同pH条件下Fe(Ⅵ)对菲的氧化去除效果,以及在弱酸性条件下Fe(Ⅵ)/Fenton体系对菲、氟离子以及菲与氟离子的协同去除效果。结果表明,弱酸性条件下Fe(Ⅵ)对菲的去除率稍差于中性及碱性条件,但该条件下Fe(Ⅵ)/Fenton体系可提高菲的降解率至79%。任何pH条件下缓冲溶液均有利于Fe(Ⅵ)对菲的去除。Fe(Ⅵ)/Fenton体系可协同菲去除氟离子,氟离子去除率可达到39%。对菲的去除主要以氧化作用为主,对氟离子的去除主要以吸附作用为主,且Fenton试剂的用量少,过程中无需调节pH值。

隔膜电解耦合Fe-C异相催化Fenton预处理熄焦废水工艺研究

采用隔膜电解耦合Fe-C异相催化Fenton预处理熄焦废水,隔膜电解酸化效率、碱化效率由高到低顺序分别依次为阴膜阳室>阳膜阳室>石棉隔膜阳室和阳膜阴室>阴膜阴室>石棉隔膜阴室,但离子膜在强氧化环境中寿命短,故采用石棉隔膜,隔膜电解和药剂调节pH值成本分别为12.33,4.70元/t,但前者比后者出水TDS浓度降低27.69%。Fe-C异相催化Fenton最优实验条件:pH值为3,Fe-C投加量为800 g/L,曝气量为3 L/min,H_(2)O_(2)投加量为6 mL/L,时间为90 min,干化铁泥产量比传统Fenton低18.75%~30.75%,节约成本4.20~7.49元/t,可有效避免Fenton药剂用量大、铁泥产量大和出水TDS浓度高的问题。

Fenton反应中水解Fe(Ⅲ)的形态分布特征研究

利用Fe Ferron逐时络合比色法 ,研究了不同条件下Fenton反应中Fe(Ⅲ )的水解形态分布与转化规律 .结果表明 ,H2 O2和小于 0 2mg L的Fe2 + 的存在对Ferron试剂及后续的络合反应没有影响 .当水解度相同时 ,Fenton反应生成的Fe(Ⅲ )比一般铁盐具有更强的水解趋势 .Fenton反应生成的Fe(Ⅲ )的水解形态受到H2 O2 浓度和水解度的影响较大 .水解速率随水解度的增大而增大 ,而高聚合态所占的比例却随H2 O2

Fenton试剂氧化苯酚过程中Fe(Ⅱ)浓度的变化

考察了Fenton试剂氧化降解苯酚过程中Fe(Ⅱ)浓度的变化,并通过实验探讨了其变化的原因。实验结果表明,在Fenton反应发生的第1 min内,Fe(Ⅱ)浓度可降低到初始浓度的60%左右,随着反应的继续Fe(Ⅱ)浓度在大约20min降低到最小值,然后开始增大,说明了Fe(Ⅲ)还原作用的存在;Fenton试剂氧化降解苯酚的中间产物包括对苯二酚、邻苯二酚、间苯二酚和苯醌等,其中前三者能对Fe(Ⅲ)有效还原,是Fenton试剂氧化降解苯酚过程中Fe(Ⅲ)还原的主要途径之一。

Fe-OH/UV-Vis体系中Cr(Ⅵ)还原和BPA降解的协同效应

研究了在250W金属卤化物灯(λ≥365nm)照射下,Fe(Ⅲ)-OH配合物同时光催化还原铬(Ⅵ)和氧化双酚A(BPA)的协同效应.结果表明:铬(Ⅵ)光还原和BPA光氧化相互促进,具有协同作用.在低pH值(2.5—4.0)时,光还原铬(Ⅵ)和光氧化BPA的初始速率较大;增加Fe(Ⅲ)的浓度,有利于铬(Ⅵ)光还原和BPA光氧化;铬(Ⅵ)的光还原率及BPA的降解率随其初始浓度的增加而快速减小.

纳米Fe/Co合金类Fenton降解盐酸四环素及影响因素

为研究纳米Fe/Co合金对含TCs(盐酸四环素)废水的类Fenton催化性能,以及催化降解体系p H、H2O2投加量和活性成分浸出等因素对催化性能的影响.采用液相还原法制备纳米Fe/Co合金,并通过对比试验探究其类Fenton催化性能,Fe、Co的浸出量及其表面积结构变化与活性之间的关系.添加纳米Fe/Co合金的条件下,采用单因素分析方法研究体系p H、H2O2投加量和初始TCs浓度分别对TCs去除率的影响.结果表明:(1)在纳米Fe/Co合金制备过程中,添加PVP(聚乙烯吡咯烷酮)不仅能有效防止纳米Fe/Co合金发生团聚,且促进纳米Fe/Co合金比表面积增大(BET为113.8 m2/g).(2)纳米Fe/Co合金具有拓宽催化体系p H使用范围的优势;在p H为3.0~9.0范围内,纳米Fe/Co合金对30 mg/L TCs的去除率(87.2%~91.7%)远大于Fe Cl2(0~30.7%)和纳米Fe的去除率(0~28.2%);H2O2投加量超过150 mmol/L后,TCs的去除率达到最佳(86.2%).(3)纳米Fe/Co合金催化体系中(p H为3.0~11.0),活性成分Fe、Co浸出量分别为0.20~0.35和0.20~1.00 mg/L,均满足我国GB 3838—2002《地表水环境质量标准》,长期使用也不会造成浸出成分(Fe、Co)在环境中大量累积,对生态环境等可能造成的潜在风险大大降低.(4)纳米Fe/Co合金具有再利用性,催化利用4次后,对TCs的去除效果仍达50.0%以上.研究显示,纳米Fe/Co合金对去除TCs具有较高催化性能和再利用性,利于拓宽催化体系p H使用范围,具有稳定活性成分Fe、Co浓度的优势.

Fe/C微电解Fenton协同氧化-混凝沉淀-A/O工艺处理蒽醌类染料废水

采用Fe/C微电解与Fenton协同氧化-混凝沉淀-A/O组合工艺对蒽醌类染料废水进行处理,研究了各处理单元的优化反应条件。结果表明,在Fe/C微电解与Fenton协同氧化处理单元,当H_2O_2投加量为3 mL/L、HRT为100min、pH为3时,单级COD和色度去除率分别为80.67%和92.73%,BOD5/COD由初始的0.07升高至0.45;在混凝沉淀单元,当pH为8,PAC、PAM的投加量分别为200、2 mg/L,沉淀时间为30 min时,单级COD和色度去除率分别为65.41%和88.33%,BOD5/COD提高至0.57;通过后续生化处理后,最终出水的COD为68 mg/L,色度为30倍,总去除率分别达到99.01%和99.82%,出水NH_4^+-N、TN、TP的质量浓度分别为3.65、19.22、0.38 mg/L,出水水质均达到了GB 4287-2012排放标准。

Fe(Ⅵ)的特性分析及在水处理中的应用

高铁酸盐是一种新型的水处理药剂。本文从结构化学、电化学、热分解特性及稳定性的角度,系统分析了高铁酸盐的物化特性,阐述了高铁酸盐制备方法,综述了高铁酸盐在水处理方面的应用。以Fe(Ⅵ)预氧化水源水工艺为例,介绍了高铁酸盐的具体应用,结果表明,1.0 mg/L的高铁酸盐预氧化即可显著提高混凝效果,沉后水和滤后水浊度去除率分别达到98.58%、99.94%,水中色度、UV254等有机物综合指标均呈明显下降趋势,与此同时,水中锰、铁浓度也显著降低。另外,高铁酸盐预氧化可有效地去除水中细菌和大肠菌群。最后,还根据高铁酸盐工程应用实际情况,提出了工程应用的建议。

纳米Fe_2O_3光催化还原Cr(Ⅵ)的研究

用纳米Fe2O3悬浮体系成功地进行了光催化还原Cr(Ⅵ),提出了光催化还原Cr(Ⅵ)的最佳条件,确立了在溶液中H2SO4浓度为0 5mol/dm3,在质量浓度为80mg/dm3的50cm3Cr(Ⅵ)溶液中,催化剂用量为0 2g,光照时间5h,Cr(Ⅵ)的光还原率达87%以上。同时,还探讨了无机离子对光催化还原Cr(Ⅵ)的影响。试验结果表明:纳米Fe2O3光催化还原Cr(Ⅵ)是可行的,符合一级反应速率方程:1nC=-0 3623t+3 908。

Fe(Ⅲ)-OH配合物同时引发水中Cr(Ⅵ)光还原和甲基橙光氧化

在250W照明金属卤化物灯(λ≥313nm)照射下,Fe(Ⅲ)-OH配合物能同时引发水中Cr(Ⅵ)的光还原和偶氮染料甲基橙的光氧化,并且同时Cr(Ⅵ)光还原和甲基橙光氧化效率都较Fe(Ⅲ)-OH配合物单独作用下的效率有明显提高。在c(Fe(Ⅲ)),c(Cr(Ⅵ))和c(甲基橙)为25～200μmolL时,pH=3.0是最佳值;c(Fe(Ⅲ))的增加同时有利于Cr(Ⅵ)光还原和甲基橙光氧化;c(Cr(Ⅵ))为25μmolL时,其自身光还原的初始速率最大,甲基橙光氧化反应初始速率则随c(Cr(Ⅵ))和c(甲基橙)的增大而减小。

Fenton氧化体系·OH、ORP、H_2O_2和Fe^(2+)变化特征

通过对Fenton体系.OH、ORP、H2O2和Fe2+变化关系的考察,研究了Fenton反应过程特点和规律。结果显示,随着Fenton反应的快速进行,体系很快达到稳定状态,反应过程.OH生成量、ΔORP随时间变化关系可用Y=a.b.X/(1+b.X)模型描述,H2O2、Fe2+反应符合动力学模型dC/dt=-k(C-l)。基于Fenton体系.OH生成量平台稳定值、ΔORP平台稳定值及其达到平台稳定值所需时间,适宜n(H2O2)/n(Fe2+)比为1:1。当n(H2O2)/n(Fe2+)比为2时,.OH生成量平台稳定值最大、Fe2+反应速率常数最大。H2O2/Fe2+比值不同引起的最大.OH生成量平台稳定值高出最小.OH生成量平台稳定值不到8%,而引起的最大ΔORP平台稳定值高出最小ΔORP平台稳定值超过83%。Fenton体系Fe2+转化率为91.7%～98.7%、H2O2转化率为38.9%～68.4%,H2O2/Fe2+比值、pH对Fe2+转化率影响较小,对H2O2的转化率影响较大;较低H2O2转化率与较低ΔORP是对应的。

K^+对Fe(Ⅵ)生成的稳定促进作用和机理研究

研究了在生成高铁酸盐反应过程中K+对Fe(Ⅵ)的稳定促进作用和机理.结果表明,当反应温度大于50℃时,K+比Na+更有利于高铁酸盐的生成.K+促进高铁酸盐溶液生成的最佳反应温度为65℃.在生成高铁酸盐反应过程中,增加K+浓度能提高高铁酸盐的产率,并且随着硝酸铁投加量的增加,K+影响显著.在硝酸铁投加量为85 g/L时,采用4.4 mol/L KOH制备的Fe(Ⅵ)浓度为0.05 mol/L;加入2 mol/L K+后,Fe(Ⅵ)浓度增加到0.15 mol/L.K+对高铁酸盐溶液生成浓度的影响在硝酸铁投加量大于75 g/L,反应温度低于55℃,ClO-浓度低于1.16 mol/L时较为显著.K+在一定程度上可替代部分碱度,降低OH-用量.在反应过程中K+能包裹在FeO42-周围,减少Fe3+与FeO42-接触,从而减缓Fe3+对FeO42-的催化分解作用;同时K+能与FeO42-生成K2FeO4晶体沉淀析出,降低溶液中FeO42-浓度,Fe(Ⅵ)分解速率减缓,稳定性增加,Fe(Ⅵ)生成浓度增加.

光Fenton氧化降解染料阳离子红GTL

利用Ce-Fe/Al2O3为催化剂的非均相光Fenton体系降解阳离子红GTL,考察H2O2浓度、催化剂用量、初始pH值及不同工艺过程对降解效果的影响;依据紫外-可见吸收光谱、离子色谱、气相色谱-质谱联用对降解中间产物和最终产物的分析结果,探讨阳离子红GTL的降解路径和机理。研究结果表明:在功率为11W的低压汞灯照射下,非均相光Fenton体系能够有效地降解结构稳定的阳离子红GTL,在pH=6.0,反应温度为20℃,时间为90min,Ce-Fe/Al2O3催化剂用量为2g/L,H2O2质量浓度为0.34g/L,含50mg/L阳离子红GTL模拟废水总有机碳TOC去除率为92.40%;降解路径为:助色基团脱落,偶氮键断裂,苯环化合物和小分子醇、醛等中间产物形成,中间产物继续降解为小分子有机酸,最终产物为Cl-,NO3-,SO42-,CO2和H2O。

微电解-Fenton氧化法去除垃圾渗滤液中有机物

采用Fe/C微电解和Fe/C微电解-Fenton氧化联合工艺对垃圾渗滤液进行处理,研究了废水初始pH、药剂投加量、药剂投加比例和反应时间等对处理效果的影响,获得Fe/C微电解处理垃圾渗滤液的最佳工艺条件:初始pH=3、m(Fe)/m(C)为4、ρ(Fe/C)为0.6 g/L、反应时间为60 min,处理后COD降至5 960 mg/L,COD去除率达51.8%。Fe/C微电解-Fenton氧化处理垃圾渗滤液的最佳工艺条件:在Fe/C微电解最佳条件下,H2 O2投加量为11 mL/L,反应时间为100 min,出水COD为4 480 mg/L,COD总去除率为63.8%。垃圾渗滤液中的腐殖酸类有机质经过Fe/C微电解或微电解-Fenton氧化处理后变成小分子产物,与Fe/C微电解相比,Fenton氧化对腐殖酸等大分子有机质有更强的氧化降解效果。

Fenton反应中氧化还原电势的变化规律

Fenton反应中 ,由于各种介质价态及形态的改变 ,氧化还原电位 (ORP)也随之发生变化 .在滴加H2 O2 过程中 ,H2 O2 /[Fe2 +]0 的摩尔比小于 0 75时 ,ORP的升高是一个快速过程 ;大于 0 75后 ,ORP的变化趋于缓慢 .当体系中没有加入有机物时 ,随着过量H2 O2的加入 ,Fe2 +以微量且较稳定的浓度存在 ,体系的ORP也保持较稳定的状态 ;当加入石油烃后 ,伴随着H2 O2 浓度降至微量 ,少量Fe3+能被有机自由基还原成Fe2 +,相对应的ORP也出现下降 .不同H2 O2 浓度对应不同的ORP曲线 ,H2 O2 浓度愈高 ,ORP最大值出现得也愈迟 .通过研究ORP的变化规律 。

Fe_3O_4-H_2O_2类Fenton体系催化降解苯酚

为提出基于新型磁纳米Fe3 O4催化剂的类Fenton体系，采用化学共沉淀法制备磁纳米Fe3 O4，用四甲基氢氧化铵（ TMAH）对所制备的磁纳米Fe3 O4进行表面改性，就Fe3 O4－H2 O2类Fenton体系对苯酚废水的处理效果进行探讨，考察催化剂投量、H2 O2浓度、pH、反应时间等因素对COD和挥发酚去除率的影响．结果表明：磁纳米颗粒平均粒径为30 nm，并在20～100 nm内呈现良好的粒度分布．不同剂量TMAH包覆的3种催化剂经超声预处理后，在室温（13℃）下对50 mg／L苯酚（相当于112 mg／L COD）的降解效果基本一致．当催化剂投量为0．8 mmol／L、H2 O2浓度为2．0 mmol／L、pH为4．5、反应时间180 min时，COD去除率最高可达72％；催化剂投量为0．4 mmol／L、H2 O2浓度为2．0 mmol／L、 pH为4．5、反应时间为90 min时，挥发酚的去除率接近100％．而在重复使用方面，3＃Fe3O4－TMAH（2 mL）催化剂的回用性最好，4次反应COD的去除率分别为73％、29％、28％、26％，挥发酚去除率分别为100％、84％、67％、54％．该类Fenton体系具有不产生多余泥量的优点，且磁纳米催化剂在外磁场作用下可实现快速分离回收．