金属离子对NaNO2催化氧化降解染料的影响研究

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湿式氧化法(Wet Air Oxidation)是在高温(423-623K)、高压(0.5-20MPa)下,以氧气为氧化剂,将高浓度、有毒、有害、难生物降解有机污染物氧化分解为CO2和H2O等无机物或小分子有机物的一种高效的高级氧化技术。本文应用以此技术为基础发展起来的催化湿式氧化法(CWAO)法对染料水溶液进行了实验研究。选取蒽醌染料酸性蓝129(AB129)为研究对象,采用催化湿式氧化技术,在以NaNO2为催化剂的基础上,详细考察了Cu2+、Ni2+、Mn2+、Co2+、Cr3+、Fe3+6种金属离子助催化剂对AB129降解的影响。溶液初始浓度固定为100mg/L(0.22mM),初始pH值为2.5,氧气压力为0.5MPa,温度为150℃,当助催化剂:NaNO2:AB129的物质的量之比为0.2:0.6:1时,通过比较发现在相同的反应时间内6种金属离子的催化活性大小依次为Fe3+>Cu2+>Cr3+>Co2+>Mn2+≈Ni2+,并且在NaNO2/FeCl3体系下,反应2h后,AB129的脱色率达到了100%。在此基础上进一步考察了NaNO2/FeCl3体系中COD的变化情况,结果显示,反应4h后,NaNO2和FeCl3联合使用相对于单独使用FeCl3和NaNO2时,体系COD去除率分别提高了21%和45%,达到了68%。结合UV-vis光谱图可知,AB129分子最终矿化为CO2和小分子有机物。对NaNO2/FeCl3体系进行了反应机理的初探,在反应中通常通过添加自由基捕捉剂进行自由基的间接测定,对于O-2一般使用苯醌为捕捉剂,对于·OH,主要的捕捉剂有Br-,异丙醇。对于对苯醌和NaBr,从脱色率和紫外-可见光谱图看,反应过程中随着它们用量的增加,对AB129的脱色影响效果越明显,均起到了一定程度的抑制作用。对于异丙醇,从脱色率来看,随着其用量的增加,脱色效果却越好,但结合紫外-可见光谱图看出,异丙醇依旧是·OH的捕捉剂,减少了羟基自由基,从而抑制了催化氧化降解芳环结构。由实验结果以及在已有文献的基础上,提出可能的催化循环机理为反应过程中M(n+1)+/Mn+、NO、NO2和ONOOH之间发生循环转化对体系产生催化作用,其中ONOOH和助催化剂离子被认为是起氧化作用的活性物质。
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