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五氯酚(pentachlorophenol,PCP)是一种高毒性有机农药,曾作为杀虫剂、防腐剂、除草剂在世界范围内广泛使用。20世纪60年代早期,我国在血吸虫病流行区大量使用五氯酚,用于消灭血吸虫的中间宿主钉螺。虽然欧洲的一些发达国家已经禁止使用五氯酚,但一些发展中国家仍在使用。五氯酚化学性质稳定,在环境中长期稳定残留,其可以通过食物链进入人体,直接威胁着人类健康。因此迫切需要发展经济高效和绿色环保的污染控制技术消除环境中的五氯酚污染。
Fenton氧化技术因具有价格低廉、环境友好和无二次污染等特点而备受人们关注,但传统Fenton氧化技术双氧水使用成本高,亚铁离子再生困难,需要在酸性条件下实施,制约了其在环境修复领域的应用。近年来,低价铁活化分子氧形成的非均相类Fenton氧化体系引起环境污染修复领域研究人员的关注,但低价铁活化分子氧产生活性氧物种的效率太低,去除环境中有机污染物效果不明显。因此,本文系统研究了硫化亚铁(FeS)-四聚磷酸盐(tetrapolyphosphate, TPP)活化分子氧技术对五氯酚的去除效率及作用机制,具体内容包括:(1)考察FeS/TPP/Air体系对水中五氯酚去除效果及作用机理。(2)研究超声协同FeS/TPP/Air体系对水中五氯酚去除效果及作用机理。(3)探索FeS/TPP/Air体系对土壤中五氯酚去除效果及作用机理。本研究得到如下结果:
(1)硫化亚铁/四聚磷酸盐活化分子氧能够快速高效去除水中的五氯酚。在仅添加硫化亚铁或四聚磷酸盐条件下,水中五氯酚去除效果不明显。在中性条件下,当硫化亚铁投加量为10g/L、四聚磷酸盐浓度为100mmol/L时,反应4h,五氯酚的去除率达到97.87%。硫化亚铁/四聚磷酸盐活化分子氧体系去除五氯酚的关键物种是·OH。与有机配体乙二胺四乙酸(Ethylene Diamine Tetraacetic Acid,EDTA)相比,无机配体TPP更有利于提高FeS/Air活化分子氧去除五氯酚的能力。硫化亚铁投加量、四聚磷酸盐浓度和初始pH值对五氯酚去除具有明显的影响。五氯酚的去除过程均符合伪一级动力学方程模型。随着硫化亚铁投加量的增加,五氯酚去除率逐渐提高。体系初始pH值对五氯酚去除率具有显著影响,五氯酚的去除率大小依次为中性>酸性>碱性。随着四聚磷酸盐浓度的增加,五氯酚去除率也逐渐增加。
(2 )超声能够显著促进FeS/TPP/Air体系去除水中五氯酚。单独超声和单独FeS/TPP/Air体系处理对五氯酚的去除率分别为8.16%和49.47%,当用超声辅助FeS/TPP/Air体系时,五氯酚的去除率为100%,表明超声与FeS/TPP/Air体系具有较好的协同效果。自由基捕获实验表明超声协同FeS/TPP/Air体系去除五氯酚的主导活性氧物种是·OH。研究硫化亚铁投加量、四聚磷酸盐浓度和初始pH值对五氯酚去除的影响,结果表明随着四聚磷酸盐浓度的增加,五氯酚去除率逐渐增加,当FeS投加量≥1.25g/L时,反应120min,水中的五氯酚将完全去除。体系初始pH值对五氯酚去除率具有显著影响,五氯酚的去除率大小依次为中性>酸性>碱性。五氯酚的去除过程均符合伪一级动力学方程模型。
(3)研究了多聚磷酸盐浓度和土壤有机质含量对反应过程中五氯酚界面分配行为以及去除的影响。结果表明多聚磷酸盐可以促进土壤中五氯酚的解吸以及去除,当TPP浓度≥5mmol/L时,五氯酚的解吸率均维持在55%左右,同时随着TPP浓度的增加,土壤中五氯酚去除率逐渐增加。土壤有机质含量对土壤中五氯酚的解吸及去除具有显著影响。随着土壤有机质含量的增加,土壤中五氯酚的解吸率逐渐降低,同时五氯酚去除率也逐渐降低。
Fenton氧化技术因具有价格低廉、环境友好和无二次污染等特点而备受人们关注,但传统Fenton氧化技术双氧水使用成本高,亚铁离子再生困难,需要在酸性条件下实施,制约了其在环境修复领域的应用。近年来,低价铁活化分子氧形成的非均相类Fenton氧化体系引起环境污染修复领域研究人员的关注,但低价铁活化分子氧产生活性氧物种的效率太低,去除环境中有机污染物效果不明显。因此,本文系统研究了硫化亚铁(FeS)-四聚磷酸盐(tetrapolyphosphate, TPP)活化分子氧技术对五氯酚的去除效率及作用机制,具体内容包括:(1)考察FeS/TPP/Air体系对水中五氯酚去除效果及作用机理。(2)研究超声协同FeS/TPP/Air体系对水中五氯酚去除效果及作用机理。(3)探索FeS/TPP/Air体系对土壤中五氯酚去除效果及作用机理。本研究得到如下结果:
(1)硫化亚铁/四聚磷酸盐活化分子氧能够快速高效去除水中的五氯酚。在仅添加硫化亚铁或四聚磷酸盐条件下,水中五氯酚去除效果不明显。在中性条件下,当硫化亚铁投加量为10g/L、四聚磷酸盐浓度为100mmol/L时,反应4h,五氯酚的去除率达到97.87%。硫化亚铁/四聚磷酸盐活化分子氧体系去除五氯酚的关键物种是·OH。与有机配体乙二胺四乙酸(Ethylene Diamine Tetraacetic Acid,EDTA)相比,无机配体TPP更有利于提高FeS/Air活化分子氧去除五氯酚的能力。硫化亚铁投加量、四聚磷酸盐浓度和初始pH值对五氯酚去除具有明显的影响。五氯酚的去除过程均符合伪一级动力学方程模型。随着硫化亚铁投加量的增加,五氯酚去除率逐渐提高。体系初始pH值对五氯酚去除率具有显著影响,五氯酚的去除率大小依次为中性>酸性>碱性。随着四聚磷酸盐浓度的增加,五氯酚去除率也逐渐增加。
(2 )超声能够显著促进FeS/TPP/Air体系去除水中五氯酚。单独超声和单独FeS/TPP/Air体系处理对五氯酚的去除率分别为8.16%和49.47%,当用超声辅助FeS/TPP/Air体系时,五氯酚的去除率为100%,表明超声与FeS/TPP/Air体系具有较好的协同效果。自由基捕获实验表明超声协同FeS/TPP/Air体系去除五氯酚的主导活性氧物种是·OH。研究硫化亚铁投加量、四聚磷酸盐浓度和初始pH值对五氯酚去除的影响,结果表明随着四聚磷酸盐浓度的增加,五氯酚去除率逐渐增加,当FeS投加量≥1.25g/L时,反应120min,水中的五氯酚将完全去除。体系初始pH值对五氯酚去除率具有显著影响,五氯酚的去除率大小依次为中性>酸性>碱性。五氯酚的去除过程均符合伪一级动力学方程模型。
(3)研究了多聚磷酸盐浓度和土壤有机质含量对反应过程中五氯酚界面分配行为以及去除的影响。结果表明多聚磷酸盐可以促进土壤中五氯酚的解吸以及去除,当TPP浓度≥5mmol/L时,五氯酚的解吸率均维持在55%左右,同时随着TPP浓度的增加,土壤中五氯酚去除率逐渐增加。土壤有机质含量对土壤中五氯酚的解吸及去除具有显著影响。随着土壤有机质含量的增加,土壤中五氯酚的解吸率逐渐降低,同时五氯酚去除率也逐渐降低。