自由基协同光照降解壬基酚与吸附法去除壬基酚的比较研究

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壬基酚(Nonylphenol,NP)是一种具有强内分泌干扰作用的持久性有机污染物,广泛存在于天然水体、土壤和沉积物中,对生物具有明显的毒害作用。本文选NP为研究对象,研究天然水环境中的光敏物质H2O2和Fe(III),及其形成的类-Fenton体系对NP光化学转化的影响,探讨其降解机理。并研究在无光照条件下,Fenton体系产生自由基对NP氧化降解的影响,最终与吸附法去除NP进行比较,旨在为科学合理的去除水环境中的NP寻求解决方法。主要研究结果如下:(1)研究在模拟日光辐射下,水溶液中H2O2和H2O2-Fe(III)形成的类-Fenton体系对NP光降解行为的影响,通过检测水溶液中NP的残留量,来考察光照距离、NP初始浓度、H2O2浓度、Fe(III)浓度等对NP光降解率的影响,探讨类-Fenton体系对NP光降解作用的机理。实验结果表明:NP在直接光照下,存在一定程度的降解,但降解速率缓慢,光照距离和NP初始浓度对NP的光降解率影响不显著。H2O2对NP的光降解过程存在明显的促进作用,H2O2浓度由0.1mmol/L提高至1.0mmol/L时,10mg/L NP的降解率由55.7%提升至70.5%,但H2O2的浓度与NP的降解率不存在正比例关系,当H2O2浓度过高时,NP的降解率降低。Fe(III)对NP在H2O2体系下光降解起明显的协同作用,且NP降解率随Fe(III)浓度的升高而增大。动力学研究结果表明,NP的光降解过程遵循一级动力学方程。通过对中间产物的检测分析,确定NP在类-Fenton体系下,光降解的主要产物为苯酚。(2)研究在无光照条件下,水溶液中H2O2和Fe(II)形成的Fenton体系对NP氧化降解的影响,通过检测水溶液中NP的残留量,来考察溶液pH、NP初始浓度、Fe(II)浓度、H2O2投加量等对NP降解率的影响。实验结果表明:溶液pH对NP降解率影响较大,pH为3~4时,NP降解效果最好。Fe(II)浓度和H2O2投加量过高或过低,都不利于NP的降解,在最佳H2O2-Fe(II)比例下,10mg/L NP的降解率为67%。同时采用水杨酸为分子探针,分光光度法检测出Fenton体系有OH的产生,证实Fenton体系降解NP是由OH氧化引起。(3)研究XAD-4大孔吸附树脂和活性炭两种不同性质的吸附剂对NP的吸附行为,通过检测水溶液中NP的残留量,考察NP在水溶液中吸附去除的效果,与自由基降解NP进行比较分析。实验结果表明:两种吸附剂都对NP具有一定的去除作用,XAD-4树脂的吸附效果好于活性炭。等温吸附研究发现,升高温度,XAD-4对NP的吸附效果明显升高,而活性炭受温度影响不显著,但仍可看出升高温度吸附量增大的趋势。采用Langmuir和Freundlich等温吸附方程进行数据拟合,结果表明,NP在两种吸附剂上的吸附行为更符合Langmuir方程,这证明NP在XAD-4树脂和活性炭上的吸附为单层分子吸附。动力学实验表明,NP在两种吸附剂上的吸附符合准二级动力学方程。XAD-4对NP的去除效果较好,0.5g XAD-4树脂对10mg/L NP的去除率达72%,而相同含量的活性炭去除率较低。但与NP光降解行为相比,吸附法去除率仍然较低。
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