零价金属铁、铜强化高铁酸钾去除水中双酚AF的研究

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由于近年来限制双酚A(BPA)的使用,双酚AF(BPAF)作为BPA的替代品而被大量使用在含氟橡胶和聚酯加工等工业领域,用以加强产品的众多性质(热稳定性,抗燃性,环境稳定性等),保证产品质量。BPAF作为“三致”污染物中的一种内分泌干扰物质,其对生物和人类的健康与生命产生了巨大的威胁。随着BPAF应用增加,它在环境中(水体,河流沉积物,污泥等)和生物样品中均被广泛检测出。因此,找出对BPAF的有效处理手段已迫在眉睫。高铁酸钾(K2FeO4)作为一种集多种功能为一体的高效、绿色水处理氧化药剂,当其单独对水体中难降解的有毒有害物质进行处理时,受到其他副反应的影响,其真正的利用效率并不理想,导致了药剂的无故消耗和时间的浪费。所以,强化K2FeO4氧化能力的研究成为了近年来K2FeO4处理技术的研究热点。
  本研究通过向K2FeO4氧化体系中投加地球上储备量巨大、廉价同时具有较强还原能力的零价铜(ZVC)和零价铁(ZVI)的方法,使反应体系中产生更多的具有更强氧化能力的中间价态铁(Ⅳ和Ⅴ)来提升对BPAF的去除效率。主要开展的工作如下:
  (1)以超纯水为本底,研究了ZVC初始浓度、ZVI初始浓度、K2FeO4初始浓度、反应温度、反应初始pH值、水中常见的无机阴离子(NO3-、SO42-、Cl-、CO32-/HCO3-)、黄腐酸等因素对K2FeO4/ZVC体系和K2FeO4/ZVI体系去除BPAF的影响。结果表明:K2FeO4/ZVC体系和K2FeO4/ZVI体系对BPAF的去除均遵循假一级反应动力学。BPAF的去除率和表观假一级反应速率常数随着K2FeO4初始浓度和反应温度的增加而增加,随着ZVI和ZVC初始浓度的增加有一个先增加后降低的变化。反应初始pH值的变化不仅会影响K2FeO4存在形式而影响K2FeO4的氧化能力,同时还会影响K2FeO4与ZVC、ZVI接触。NO3-、SO42-、Cl-、CO32-/HCO3-等无机阴离子,会通过影响K2FeO4分解、ZVC和ZVI的存在形式、捕获反应体系中的OH·等作用而对氧化体系处理BPAF产生不同的影响。黄腐酸的存在会通过与BPAF发生竞争反应而抑制氧化体系对BPAF的降解效率。
  (2)以天然水体为本底,研究了ZVC初始浓度、ZVI初始浓度、K2FeO4初始浓度、反应温度、反应初始pH值等因素对K2FeO4/ZVC体系和K2FeO4/ZVI体系去除BPAF的影响。结果表明:反应温度、K2FeO4初始浓度和反应初始pH值对氧化体系去除BPAF的影响和本底为超纯水时的一致。通过三维荧光和紫外可见分光光度计分别检测反应前后水样中荧光物质的强度与UV254的变化,证明天然水体中BPAF去除效率降低、ZVC和ZVI的最佳初始浓度皆小于以超纯水为本底时的初始浓度的原因主要是K2FeO4优先与天然水体中存在的含芳环结构的类蛋白物质与类富里酸物质发生反应,消耗了溶液中K2FeO4。
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