过硫酸盐的不同活化体系对难降解有机污染物的降解及机理研究

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过硫酸盐是高级氧化技术(AOPs)中广泛使用的氧化剂。过硫酸盐性质稳定,水溶性好,易于储存和运输,因此基于过硫酸盐AOPs在氧化难降解有机污染物方面具有明显的优势和发展潜力。本研究以甲砜霉素(TAP,常用的兽药抗生素),苯酚(工业废水中主要物质)和罗丹明6G(Rh6G,一种常用的染料)为模型污染物,研究了UV/S2O82-(UV/PS)氧化降解TAP的动力学和机理,分析了不同晶型MnO2活化过硫酸氢盐(PMS)氧化降解苯酚的机理,研究了γ-MnO2/PMS降解Rh6G的机理。本论文研究的主要内容和结论如下:1.研究了UV活化PS体系氧化降解TAP的动力学和机理,并和UV/H2O2进行了对比。实验发现,TAP在不同条件下的降解均符合伪一级动力学。UV/PS体系中,TAP则在酸性和碱性条件下降解较快;而在UV/H2O2体系中,中性和酸性条件促进TAP的降解。HCO3-的加入抑制TAP在两种体系中的降解;NO3-对UV/H2O2降解TAP有轻微抑制作用;Cl-则加速了UV/PS降解TAP。腐殖酸会抑制TAP的降解。通过竞争动力学方法测定出羟基自由基(HO·)和硫酸根自由基(SO4·-)与TAP反应的二阶速率常数分别为8.3×108 L·mol-1·s-1和3.1×109L·mol-1·s-1。UV/H2O2可部分矿化TAP,而UV/PS体系则可使TAP完全矿化。结合所检测出的中间产物推导出了目标污染物降解的可能途径。2.研究了不同晶体MnO2活化PMS体系氧化降解苯酚的机理。实验制备了不同晶型的MnO2纳米材料,采用多种方法对其进行了表征,对比研究了它们活化PMS对苯酚的降解效果,并考察了多种因素对苯酚降解的影响。结果表明,不同晶体的MnO2呈现不同的微观形态。苯酚的降解符合伪一级动力学模型且材料的催化活性依次为δ-MnO2>γ-MnO2>ε-MnO2。氧化剂和催化剂用量的增加加速了苯酚的降解;溶液pH增加,反应温度升高时,苯酚降解均加快。δ-MnO2/PMS体系降解苯酚的反应活化能为13.5 kJ·mol-1。通过淬灭实验可以得出,超氧阴离子自由基(O2·-)在和单线态氧(1O2)在苯酚的降解中起主要作用。催化剂循环实验表明,所制备的δ-MnO2具有很好的稳定性和重复使用性。3.研究了γ-MnO2纳米球的水热法制备及其活化PMS体系氧化降解Rh6G,评估了不同条件下制备的γ-MnO2的催化效率。所制备的γ-MnO2纳米球呈现为三维线团状的纳米球,有微小聚集。90℃条件下制备的催化剂的比表面积和其中Mn的平均化合价均高于同等温度下使用反应釜制备的催化剂。γ-MnO2/PMS可有效降解Rh6G,但材料的合成温度,Mn2+浓度以及水浴加热时间均会不同程度地影响Rh6G的降解效率。催化剂循环实验表明,所制备的γ-MnO2具有很好的稳定性。
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