硫酸根对零价铁降解1,1,1-三氯乙烷的影响

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大部分有机氯化物具有生物毒性和难降解性,环境危害性大。大量的研究证明了零价铁(Fe0)对有机氯化物的有效降解性,这种有效性取决于零价铁的活性,而水中的电解质阴离子对零价铁的活性有显著影响。无论是渗透铁墙(PRB)原位修复地下水还是零价铁处理工业废水,硫酸根都是一种常见的电解质阴离子,但是硫酸根对零价铁降解有机氯化物的影响并不清楚。本文以1,1,1-三氯乙烷(TCA)为目标污染物,研究零价铁对水溶液中TCA的降解效果,讨论TCA的降解机理和动力学;对比研究硫酸根对水溶液中零价铁降解TCA速率的影响,分析其作用机理。主要研究结果如下:(1)零价铁在中性水溶液中降解TCA较快;初始pH 6.0时,0.1 mM的TCA被80 g/L的零价铁降解420 min后去除率达到99.4%。TCA降解过程中,溶液中Cl-浓度不断增加,溶解态铁浓度逐渐升高到2.5 mg/L。初始pH 10.0时,随着TCA的去除,溶液pH逐渐降低到9.1;当初始pH为6.0时,溶液pH稳定在6.6,表明TCA通过以脱氯化氢为主、还原脱氯为次的方式降解。(2)零价铁在中性水溶液中降解TCA的动力学符合假一级动力学方程。硫酸根对零价铁降解TCA具有抑制作用,50 mM的Na2SO4使TCA降解的假一级速率系数K1由9.0×10-3 min-1减小到1.0×10-3 min-1。(3)硫酸根存在时,零价铁降解TCA过程中溶液pH由6.0迅速升高到9.5,溶解态铁浓度仅为0.07 mg/L。脉冲实验表明,一旦加入Na2SO4,TCA降解速率立即降低、溶液pH由6.6快速上升到9.5、溶解态铁浓度迅速降低到0.07 mg/L,说明硫酸根抑制TCA脱氯化氢。XPS和XRF分析表明硫酸根被吸附或嵌入到铁表面。(4)没有硫酸根的情况下,TCA通过氢键与Fe(OH)ads结合从而被降解。而有硫酸根存在的情况下,SO42-置换铁溶解中间产物Fe(OH)ads中的OH-,生成Fe2(SO4ads,而Fe2(SO4ads不利于TCA在铁表面的吸附,从而抑制TCA降解。
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