铜氧化物活化过硫酸盐处理水中芳环有机污染物的研究

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基于硫酸自由基(SO4·-)的高级氧化技术是一种有效去除废水中难降解有机污染物的新型高级氧化技术,具有氧化能力强、适用范围广、反应条件温和以及操作简单等优点,在难生化有机废水处理领域具有良好的发展前景。活化过硫酸盐产生硫酸自由基的研究是其发展过程中的热点之一。本文利用硝酸铜制备一种铜氧化物催化剂,在常温常压下直接非均相催化过硫酸钠(PS),氧化降解水中难降解的典型芳环有机污染物对氯苯胺(PCA)以及苯胺,研究了PCA降解过程动力学及其矿化过程,并对铜氧化物催化过硫酸钠体系的初步催化反应机理以及自由基机理进行研究,以期对有机废水中的芳环有机污染物的深度处理提供一种新的理论依据和技术基础。具体研究内容和结果如下:通过扫描电镜(SEM)、电子能谱(EDS)以及X射线衍射(XRD)等表面表征技术,对本文所用催化剂进行表面表征,证实该催化剂为一种铜的氧化物。利用铜氧化物催化过硫酸盐体系氧化降解水中的PCA,考察了铜氧化物含量、过硫酸钠浓度以及初始pH值对PCA降解过程的影响。与单独使用PS(5小时后PCA去除率40.51%)和铜氧化物(PCA去除率6.34%)相比,铜氧化物/过硫酸钠体系对PCA的降解具有明显的促进作用(PCA去除率98.10%)。该体系下PCA的降解过程遵循准一级动力学方程模型(R2>0.95),铜氧化物含量或过硫酸钠浓度越大,体系中PCA的降解速率也增大,中性条件是该体系最适合初始pH值。在pH为3的条件下,铜氧化物/过硫酸钠体系中的催化反应主要发生在体系液相中,为均相Cu2+催化过硫酸钠产生硫酸自由基氧化降解PCA的反应体系。在pH为7的条件下,体系中主要存在非均相铜氧化物催化过硫酸钠产生硫酸自由基的反应,且反应主要发生在体系的固相与液相的界面,在PCA的降解过程中主要的活性中间体包括SO4·-以及HO·。在pH为11的条件下,体系中存在非均相铜氧化物催化过硫酸钠反应以及均相碱性激发PS的反应等两种活化过硫酸盐的方法,主要的活性中间体为HO·。另外,在室温以及中性条件下,铜氧化物催化过硫酸盐体系对低浓度的PCA以及苯胺均有明显的氧化降解效果;PCA在铜氧化物/过硫酸盐体系中有明显的矿化效果,反应10小时后TOC的去除率达到77.86%。·
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