单过硫酸盐/亚铁/硫化钼体系降解对氯苯酚效能及机理研究

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近年来,各种人类生产活动使用大量氯酚类化合物作为原料或中间体,它们以废水的形式传播,对环境和水生态系统造成巨大的威胁。基于硫酸根自由基(SO4●-)的高级氧化技术在处理难降解有机污染物方面有较好的效果。本文以典型氯酚类化合物对氯苯酚(4-CP)作为目标污染物,并在PMS/Fe2+体系中加入金属硫化物作为助催化剂,考察了PMS/Fe2+/MoS2体系的降解效能及影响因素,考察了助催化剂性能,并探究了体系的反应机理和降解路径,主要研究内容和结果如下:(1)PMS/Fe2+/MoS2体系对4-CP的降解具有明显的协同强化作用,在10min内可达到93.2%的去除率。实验考察了不同影响因素对体系降解效能的影响,发现体系在酸性条件下降解效果最好,PMS、Fe2+和MoS2的最佳投加量分别为160μM、140μM和0.3g/L,升高温度会让体系效能显著提升,Cl-对体系的影响是低浓度抑制、高浓度促进,NO3-对降解效能基本没有影响,而NH4+、HA和过高底物浓度会对体系产生抑制作用,PMS/Fe2+/MoS2体系对不同有机微污染物均有较好的降解效果,有较好的应用前景。(2)对助催化剂MoS2进行了表征,发现实验使用的MoS2的结晶度较好,颗粒粒径均匀,MoS2在反应后生成了更多的晶体结构和团聚堆叠形态,反应前后MoS2的微观形貌和元素组成化学态均没有改变;MoS2的助催化活性与颗粒粒径有关,粒径越小,助催化能力越强;MoS2作为助催化剂具有良好的催化活性和稳定性。(3)对反应机理和降解路径进行了研究。由自由基捕获实验及电子顺磁共振(EPR)结果可知SO4●-是体系的主要活性自由基。PMS/Fe2+/MoS2体系的反应机理为:MoS2表面的不饱和S原子捕获水中的H+形成H2S。移除了S原子后MoS2颗粒表面的Mo4+变得非常活跃,与溶液中的Fe3+反应生成Mo6+和Fe2+,大大促进了溶液中Fe2+与Fe3+的循环,Mo6+与PMS反应还原为Mo4+,并同时产生SO4●-OH和O2,达成降解目标污染物的目的。对氯苯酚在反应过程中首先被氧化为芳香族化合物(对苯醌、对苯二酚、氯邻苯二酚),随后开环氧化为脂肪族化合物,最终氧化为乙酸、CO2和H2O等小分子化合物。
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