自然光条件下光自芬顿/PMS协同体系处理新污染物的实验设计

为强化学生对新污染物处理理论和实验技能的掌握,设计了光自芬顿/过氧单硫酸盐(PMS)协同体系在自然光条件下对新污染物的强化降解实验。利用水热法和浸渍法制备改性氮化碳空心球MoS_(2)/TCN_(Cl-S)(P),以四环素(TC)作为新污染物代表,构建了光自芬顿/PMS协同体系,基于其耦合效应,提高在自然光条件下污染物的降解效率。结果表明,光自芬顿/PMS体系对TC在120min内的降解率可以达到80%,较不引入PMS的光自芬顿体系提高了30%。其原因在于光自芬顿反应中产生的H_(2)O_(2)与PMS发生协同作用,产生了更多的·O_(2)^(-)、SO_(4)^(-)·和^(1)O_(2)等活性自由基,从而提高了TC的降解效率。该实验设计体系有助于促进学生对高级氧化技术的掌握,为学生科研创新能力培养体系的构建提供参考。

CoFe_(2)O_(4)改性活性炭活化PMS控制超滤膜有机污染

采用溶胶-凝胶法制备了负载CoFe_(2)O_(4)的改性活性炭(CoFe_(2)O_(4)/PAC),考察了其活化过一硫酸盐(PMS)用于超滤膜前预处理控制有机污染的效能与机制.结果表明,CoFe_(2)O_(4)/PAC+PMS预处理使腐殖酸(HA)造成的膜通量下降大幅减缓,与PAC+PMS预处理后相比,比通量提高了55%,可逆和不可逆污染阻力分别下降了62%和51%;CoFe_(2)O_(4)/PAC+PMS预处理对污水厂二级出水中有机物(Ef OM)矿化效率高,对DOC的去除率达到76.4%,对主要荧光组分的去除率达到53.1%~67.7%,且优先去除分子量较高的有机物,因此使可逆和不可逆污染阻力分别减少了69%和67%;此外,Co Fe_(2)O_(4)/PAC具有较好的磁分离性能和可重复利用性.

多羧酸镍配合物催化降解罗丹明B的活性与机理

由于纺织、印刷等工业规模的迅速扩张,生产过程中产生的染料废水对人类生存环境造成巨大压力。目前,在染料废水修复处理领域,基于SO_(4)^(·-)的高级氧化技术由于其氧化优势备受关注。通常,过一硫酸盐(PMS)可自分解产生SO_(4)^(·-),然而其生成效率很低,因此,探寻有效的PMS催化剂成为研究热点。本研究以5,5′-二苯醚间苯二甲酸(H 4odip)和Ni(NO_(3))_(2)·6H_(2)O为原料,采用溶剂热法制得一种三维结构配合物Ni 4(odip)2-(μ2-OH_(2))2(H_(2)O)8,该材料水稳定性较好且能够在弱酸弱碱环境下稳定存在。采用X射线单晶和粉末衍射、红外光谱、热重及元素分析对配合物的结构和组成进行了表征。利用紫外-可见分光光度计研究其催化降解罗丹明B的活性与机理,系统探讨了配合物和PMS用量、溶液反应温度和pH对罗丹明B降解性能的影响。与不加催化剂相比,配合物的加入可使罗丹明B的降解速率提高两倍。研究表明,在中性环境中,PMS/配合物催化体系具有更强的降解能力,降解率可达92.3%。活性氧物种(ROS)捕获实验和电子顺磁共振波谱结果表明该催化体系降解罗丹明B的ROS有SO_(4)^(·-)、·OH、1O_(2)和O_(2)^(·-),且此四种ROS在降解罗丹明B时的贡献作用相近。综合分析实验结果,该配合物在催化PMS用于染料废水修复处理领域可作为一种有效且能循环使用的新型多相催化剂。

真空紫外协同Co^(2+)催化过硫酸氢钾降解罗丹明B

有机染料具有毒性强、色度高、不易降解等特性,为了高效去除有机染料,实验以真空紫外(VUV)为光源,研究了VUV协同Co^(2+)催化过硫酸氢钾(PMS)降解典型有机染料罗丹明B(RhB)的反应机制和转化途径.结果表明:①在RhB初始浓度为80 mg/L,Co^(2+)和PMS投加量分别为15μmol/L、0.5 mmol/L的条件下,VUV/Co^(2+)/PMS体系反应10 min,RhB去除率可达99.1%.VUV/Co^(2+)/PMS体系对RhB降解遵循一级动力学规律,反应速率常数(k)随初始质量浓度的增加而减小.②溶液初始pH对反应速率有较大的影响,随着pH减小,反应速率也同时减小.投加量为30 mmol/L的HCO_(3)^(−)、Cl^(−)均表现出显著的抑制作用,相较于对照组,RhB去除率由99.1%分别降至66.0%、84.2%,而NO_(3)^(−)和SO_(4)^(2−)抑制作用不显著;印染助剂柠檬酸钠也会显著抑制RhB降解.③自由基捕获实验和电子顺磁共振(EPR)测试结果表明,VUV/Co^(2+)/PMS体系中存在的氧化物种包括硫酸根自由基(SO_(4)^(−)·)、羟基自由基(·OH)、单线态氧(1O2).④根据紫外可见吸收光谱和质谱结果,初步推断RhB分子降解主要通过活性氧(ROS)攻击造成共轭结构破坏和N-位脱乙基等作用.另外,对总有机碳(TOC)进行测试,30 min时RhB矿化度可达到43.8%.研究显示,VUV/Co^(2+)/PMS体系能够有效去除RhB.

还原氧化石墨烯膜负载Co_(3)O_(4)活化过硫酸氢钾降解罗丹明B

以RGO(还原氧化石墨烯膜)为载体,采用水热法制备RGO/Co_(3)O_(4)高效复合催化剂。通过XRD(X射线衍射仪)、SEM(扫描电子显微镜)和XPS(X射线光电子能谱仪)等手段对复合催化剂的结构、形貌和化学组成等进行表征,并以RhB(罗丹明B)为降解物评价复合催化剂活化PMS(过硫酸氢钾)的反应活性。另外,考察了PMS质量浓度、RhB初始质量浓度、pH值及温度对催化剂活化PMS降解RhB的影响。结果表明:在PMS质量浓度为100 mg/L、RhB初始质量浓度为10 mg/L、pH值为7、温度为25℃时反应18 min对RhB降解率为98%。自由基捕获实验结合ESR(电子顺磁共振)结果表明体系中同时存在SO_(4)^(-·)和HO·2种活性自由基。循环实验结果显示催化剂经过5次循环使用后对RhB的降解率仍保持90%以上,显示优异的循环稳定性。

电/高锰酸钾/过一硫酸盐体系降解活性黄K-RN及其机理

印染废水中的有机染料处理在水处理技术中长久以来都是一大难题,电/高锰酸钾/过一硫酸盐体系(EC/PM/PMS体系)可以高效地降解活性黄K-RN等难降解有机污染物,但其降解机制还尚未明确,且锰类物质能否活化PMS产生活性物质以及PMS活化机理还需进一步探究。因此,本文研究了EC/PM/PMS体系在降解印染废水时活性物质的类别和产生途径,同时确定了锰类物质在其中的作用机理和PMS的活化过程。结果表明,EC/PM/PMS体系是一种包含自由基氧化和非自由基氧化的复合体系,体系中由PM还原生成五价锰、六价锰和无定形二氧化锰活化PMS。此外,明确了活性氧类自由基氧化是活性黄K-RN降解的主要路径,占比为95.3%,电极直接氧化占比2.1%,非自由基氧化占比仅为2.6%。

水热法合成MnO_(2)/SiC活化过单硫酸盐降解亚甲基蓝研究

过渡金属活化过单硫酸盐(peroxymonosulfate,PMS)降解有机污染物在高级氧化领域有着重要的应用价值。通过水热法在碳化硅(SiC)表面负载二氧化锰(MnO_(2))制备出MnO_(2)/SiC复合催化剂,用于活化PMS降解去除水体中的亚甲基蓝(methylene blue,MB)。实验结果表明:MnO_(2)以颗粒的形式均匀附着在SiC表面,MnO_(2)/SiC-PMS体系在40 min内对MB的降解效率达到99%;MnO_(2)/SiC-PMS体系还可以在较宽的pH范围内(5.0~9.0)实现对MB较高的降解效率;5 mmol/L的Cl^(−)与NO^(−)_(3)对MnO_(2)/SiC-PMS体系均无明显影响。磷酸盐与碳酸氢盐对氧化自由基具有猝灭作用,导致MnO_(2)/SiC-PMS体系对MB的降解效率下降。自由基猝灭实验表明,MnO_(2)/SiC-PMS体系中起主要作用的自由基为O_(2)^(-·)。此外,MnO_(2)/SiC具有良好的循环使用性。

新型磁性生物炭活化过一硫酸盐降解双酚A

文章使用溶胶-凝胶燃烧法制备磁性生物炭CuFe_(2)O_(4)@SBC,并将其用于活化过一硫酸盐(peroxymonosulfate,PMS)降解双酚A(bisphenol,BPA)。通过X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)分析、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、傅里叶变换红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)和X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)分析等表征方法探究该复合材料的理化特性,结果表明,CuFe2O4稳定地负载在生物炭表面,且复合材料表面有大量的含氧官能团,如O=C=O、C—O—C和—OH。通过批次试验,探究该材料在不同条件下活化PMS降解BPA的效果,并进行伪一级动力学拟合。结果表明,BPA的去除率随着磁性生物炭投加量、PMS浓度、温度和pH值的增加而增加。通过重复利用试验发现,磁性生物炭在第3轮催化降解试验中对BPA的降解率仍能达到91%。此外,通过淬灭试验发现,^(1)O_(2)、·OH、SO_(4)^(-)·和O_(2)^(-)·都参与了BPA的降解,其中1O2是最主要的活性物种。

高锰酸钾对UV/PMS降解六氟双酚A影响

为考察高锰酸钾(KMnO_4)耦合紫外催化过一硫酸盐(PMS)对六氟双酚A(BPAF)去除效能,研究水体pH、PMS浓度和KMnO_4投加量对UV/PMS/KMnO_4体系去除六氟双酚A的影响,并在实际水体中对比UV/PMS及UV/PMS/KMnO_4对六氟双酚A的去除效果.结果表明,KMnO_4能够有效地促进UV/PMS对BPAF的去除.UV/PMS/KMnO_4对BPAF的去除率随PMS投加量的增加而增加.KMnO_4投加量的增加(0~1.5μmol/L)能够促进BPAF的降解,但是当达到一定浓度时,其促进作用不再提高.在偏中酸性条件下,BPAF的去除率随着pH增加而降低,但是当pH在碱性条件下,BPAF的去除率随pH增加而显著增加.在4种实际水体中,UV/PMS/KMnO_4工艺比UV/PMS对BPAF的去除率高12%~14%,这种促进可能是由于氧化体系中产生的中间价态锰的催化氧化作用.

Fe单原子催化剂活化过一硫酸盐去除水中有机物

采用聚吡咯水凝胶法制备了高Fe负载量(w)的Fe-N/P-C单原子催化剂,运用HAADF-STEM对其进行了表征,研究了其活化过一硫酸盐(PMS)降解双酚A(BPA)和二级出水中溶解性有机物(DOM)的性能。实验结果表明:对于BPA溶液,Fe负载量为2.32%、4.72%和6.74%时,BPA降解的反应速率常数分别为0.65,0.92,0.83 min^(-1),反应60 min后,TOC去除率分别为73%、80%和78%,BPA去除率分别为98%、100%和100%;对于加入BPA的二级出水,Fe负载量为2.32%和4.72%时,BPA降解的反应速率常数分别为0.43 min^(-1)和0.76 min^(-1),反应60 min后,TOC去除率分别为49%和56%,BPA去除率分别为80%和100%,DOM荧光强度分别增强32%和降低46%;Fe-N/P-C活化PMS体系中,超氧自由基和单线态氧为主要活性氧物种,Fe为活化PMS的活性中心。

二氧化锰的晶型控制及其对罗丹明B的降解研究

以高锰酸钾、四水氯化锰和少量浓盐酸为原料,利用水热法实现了MnO_(2)由α晶型向γ晶型再向β晶型的转变,采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和扫描电镜(SEM)等表征方法分析了MnO_(2)的晶型转化机理。利用高级氧化法以制备的MnO_(2)为催化剂对罗丹明B(RhB)进行了催化降解研究,探寻了催化效果最好的MnO_(2)晶型并推理出RhB的降解路径。结果表明:随着水热反应时间的延长,α-MnO_(2)逐渐向具有较小隧道尺寸的γ-MnO_(2)、β-MnO_(2)转变;3种晶型的MnO_(2)活化PMS对RhB均具有显著的降解效果,降解效率为α-MnO_(2)>γ-MnO_(2)>β-MnO_(2);紫外-可见吸收光谱分析说明MnO_(2)活化PMS降解RhB的路径为RhB先经过逐步脱乙基化转变成罗丹明、再生成其他有机小分子、CO_(2)和H2O。

非自由基主导的FeMn纳米颗粒活化过一硫酸盐降解有机污染物

采用水热-煅烧两步法成功合成了具有高催化活性和稳定性的介孔铁锰纳米颗粒(FMNPs).通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、比表面及孔径分析仪(BET)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、X射线粉末衍射仪(XRD)等表征分析了FMNPs的形貌和结构等理化性质.合成的催化剂具有丰富的介孔和较大的比表面积,有利于污染物的催化降解.为了评估催化剂的可重复使用性、稳定性和适应性,研究不同反应条件下活性黑5(RBK5)的降解效率.在初始pH值为7、过一硫酸盐(PMS)浓度为2mmol/L、催化剂用量为0.2g/L的最佳条件下,10mg/L RBK5在60min内的去除率可达96.74%.从反应机理来看,电子顺磁共振(EPR)、淬灭实验和计时电流(i-t)曲线显示非自由基途径(1 O_(2)、介导的电子转移)在降解体系中占据主导地位.X射线光电子能谱(XPS)分析表明,Fe和Mn的协同作用促进了Fe3+/Fe2+与Mn2+/Mn3+的氧化还原循环,加速了电子向PMS的转移,从而提高了FMNPs活化PMS的效率.

镁离子强化UV/PMS体系降解染料的探究

用酸性橙7(AO7)模拟染料废水,探究了Mg^(2+)对UV/PMS体系降解染料废水的强化作用,及其影响因素和主要氧化物种。实验结果表明,Mg^(2+)的加入会显著增强UV/PMS体系的氧化能力。底物浓度与AO7的降解效果成负相关;PMS投量、Mg^(2+)投量和紫外灯功率与AO7的降解效果成正相关;pH的升高对该体系起到一定的抑制作用。Mg^(2+)/UV/PMS体系主要氧化物种是硫酸根自由基(SO4·-)和少量羟基自由基(·OH)。

过一硫酸氢钾复合盐的化学性质及消毒学研究进展

介绍了过一硫酸氢钾复合盐(简称PMPS或KMPS)的化学特性以及合成方法,对PMPS应用于印刷电路板(PCB)表面处理、水处理、环境治理等领域的典型化学反应进行了讨论与概述。在此基础上,将化学反应动力学与消毒动力学结合,论述了PMPS的消毒能力和复配增效的原理,展示出PMPS在相关场景的应用潜力。

纳米铁铜混合金属氧化物活化过一硫酸盐降解亚甲基蓝

通过共沉淀法和煅烧法制备纳米铁铜混合氧化物(CuO/Fe_(3)O_(4))作为催化剂,以活化过一硫酸盐(PMS)降解亚甲基蓝(MB)。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜对纳米CuO/Fe_(3)O_(4)复合材料的结构进行表征和分析。通过单因素实验考察对MB降解效果的影响,如纳米复合催化剂的投加量、过一硫酸盐(PMS)的浓度、初始pH、反应时间等因素。研究结果表明,纳米CuO/Fe_(3)O_(4)活化后的过一硫酸盐的降解率明显大于单一的过一硫酸盐,且通过实验确定最佳降解条件为:纳米复合CuO/Fe_(3)O_(4)的投加量为20 mg,过一硫酸盐(PMS)浓度为0.5 mmol/L,反应温度为35℃,反应初始pH为8,反应时间20 min,且在该最佳条件下,亚甲基蓝的降解率高达97.8%。

钴掺杂氧化铜/可见光协同活化PMS降解罗丹明B及其机理研究

元素掺杂是提升催化剂性能的重要方法。研究采用快速沉淀法制备了钴掺杂氧化铜(Co-doped CuO)纳米催化材料,在可见光条件下,20 min内其活化的过氧硫酸氢钾复合盐(PMS)对罗丹明B染料的降解率达到96%以上,远优于同等条件制备的CuO。本研究还考察了溶液pH、染料初始浓度、催化剂用量等对降解效率影响。钴掺杂后氧化铜纳米颗粒由三维针梭状结构转变为近二维薄带状结构。同时钴掺杂提高了CuO的平带电位进而提升了电荷转移效率。XPS及EPR结果表明钴掺杂能够提高CuO的氧空位含量进而提升催化活性。捕获剂实验结果表明反应过程中的主要活性物种为空穴(h+VB),且羟基自由基(•OH)、单线态氧(1O_(2))、超氧自由基(•O_(2)–)、硫酸根自由基(SO4–•)也参与了降解反应。最后,本文初步阐明了Co-doped CuO协同可见光活化PMS降解有机污染物的反应机理。

CoFe_(2)O_(4)-Al_(2)O_(3)复合材料的制备及其在含日落黄废水处理中的应用

制备了铁酸钴-氧化铝(CoFe_(2)O_(4)-Al_(2)O_(3))复合材料,并采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、比表面积和孔径分析仪对多孔CoFe_(2)O_(4)-Al_(2)O_(3)复合材料的物相和形貌进行了分析.利用制备的CoFe_(2)O_(4)-Al_(2)O_(3)复合材料活化过硫酸氢钾(PMS)来降解废水溶液中的日落黄(SY),通过研究CoFe_(2)O_(4)-Al_(2)O_(3)材料制备过程中Co^(2+),Fe^(3+)和Al^(3+)的物质的量之比、煅烧温度和时长对材料催化性能的影响,发现Co^(2+),Fe^(3+)和Al^(3+)的最佳物质的量之比为1∶2∶12,最佳煅烧温度为400℃和最佳煅烧时长为3 h.对采用在最优条件下制得的CoFe_(2)O_(4)-Al_(2)O_(3)复合材料作为催化剂,PMS氧化降解含日落黄废水进行研究,考察了pH值、温度、不同体系、PMS用量、CoFe_(2)O_(4)-Al_(2)O_(3)材料用量和一些阴离子对日落黄降解的影响.结果表明:在pH=7,温度为55℃条件下,用0.1 g催化剂和0.125 g PMS能使100 mL质量浓度为0.6 g·L^(-1)的日落黄溶液在30 min内降解率达到99.5%.同时,碳酸氢根负离子(HCO3-)和硝酸根负离子(NO_(3)^(-))的加入抑制了日落黄的降解,而Cl^(-)则能促进日落黄的降解.此外,在进行4次循环使用后,CoFe_(2)O_(4)-Al_(2)O_(3)仍表现出很好的催化性能,日落黄去除效果仍能达到90%以上.

碳纳米管负载零价铁活化PMS降解水中双酚A

文章通过液相还原法制备多壁碳纳米管负载零价铁(MWCNTs-nFe0),采用X射线衍射仪、扫描电镜,扫描透镜及比表面积测试仪对复合材料进行了表征分析。并用MWCNTs-nFe0活化过一硫酸盐(PMS)降解水体中的双酚A(BPA),考察了不同条件下BPA降解效果的变化。实验表明,当PMS的浓度或MWCNTs-nFe0投加量的增加时,BPA的降解率增加;在pH=3~7的范围内,随着pH的降低反应速率增加;无机阴离子(Cl-、SO42-、NO3-、HPO42-)对降解率有不同程度的抑制作用。通过LC-MS对中间产物和降解过程进行了分析,且MWCNTs-nFe0在循环使用3次后,依然有较好的催化活性。

nZVI和PMS对臭氧去除渗滤液MBR出水的影响研究

研究了纳米零价铁(nZVI)和过一硫酸盐(PMS)对臭氧(O3)去除垃圾渗滤液MBR出水污染物效果的影响,设置O3、O3+nZVI、O3+PMS、O3+nZVI+PMS等实验组并分析了其对MBR出水中污染物的去除情况.结果表明:不同处理条件下COD去除率高低依次为O3+nZVI+PMS体系>O3+PMS体系>O3+nZVI体系>O3体系,在O3投加量为10 g/h时,TOC的去除率仅为13.31%;当体系中分别添加nZVI、PMS以及同时添加nZVI和PMS时,TOC去除率提高至19.00%、27.08%和30.30%,色度去除率为72.34%、81.04%、92.34%和96.77%.实验结果还表明,O3+nZVI+PMS体系对MBR出水中有机污染物有较好的去除效果.

Cu/Co/CoO@CNF活化PMS催化降解酸性红1

以聚丙烯腈(PAN)/聚乙烯吡咯烷酮(PVP)纳米纤维膜为载体,经静电纺丝、溶剂热反应和碳化制备了负载铜钴复合物的碳纳米纤维复合膜(Cu/Co/CoO@CNF)催化剂;通过扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD)和原子吸收光谱仪(AAS)对Cu/Co/CoO@CNF的形貌、结构和活性组分含量等进行了表征;并以酸性红1(AR1)为模型染料,系统研究了Cu/Co/CoO@CNF活化过硫酸氢钾复合盐(PMS)催化体系对AR1的催化降解性能。结果表明,在AR1浓度为50 μmol·L ^-1 、PMS浓度为0.5 mmol·L^-1 、Cu/Co/CoO@CNF浓度为0.175 g·L ^-1 、反应温度为298 K、pH值为6.5时,6 min内就能去除97.8%以上的AR1;重复使用7次后,对AR1的去除率依然在90.3%以上;能实现AR1的矿化,60 min时TOC去除率可达70.5%,且随着时间的延长,矿化效果更好。Cu/Co/CoO@CNF活化PMS催化体系对AR1的催化降解主要归因于SO^- 4·、· OH和 1O 2活性自由基,在偶氮染料废水处理方面具有潜在应用价值。