无过二硫酸盐投加的类电Fenton体系及其性能研究

发布时间：2018-04-01 08:12

  本文选题：类电Fenton　切入点：铁活化　出处：《中国海洋大学》2015年硕士论文

【摘要】：Fenton技术是高级氧化技术(Advanced oxidation processes, AOPs)的一个重要分支。由H202经Fe2+催化后产生活性极强的羟基自由基(·OH, E0=+2.33V-2.8V),可使水体中的难降解的有机物大分子逐步氧化降解成低毒或无毒的小分子物质,甚至直接降解成CO2、H2O,在难降解污染物的去除中备受瞩目。然而传统Fenton技术因催化剂Fe2+的浪费和最终铁泥的处理问题在使其在应用上受到限制。电Fenton技术在传统Fenton技术的基础上融入电氧化,电Fenton体系可以通过阴极还原作用使Fe2+获得还原再生,进而通过控制pH等条件避免铁泥的产生及后续处理问题。过渡金属离子(Fe2+、Co2+和Ag+等)与过二硫酸盐(PS, S2O82-)反应,生成硫酸根自由基(SO4·-, E0=+2.6V-3.1V),是最新发展的类Fenton反应。因SO4·-相较·OH寿命更长(前者30～40μs,后者20 ns)、氧化能力更强,在难降解污染物的去除上更有优势。将基于SO4·-的类Fenton反应与电Fenton技术结合,就形成了基于SO4·-的类电Fenton技术。由于PS可通过SO42-电化学制备而得,经活化后产生的SO4·-与污染物反应后又再次以SO42-形式回到反应中。本文以反应中SO42-→SO4·-→SO42-为切入点,将SO4·-的电化学原位生成与基于SO4·-的类电Fenton技术结合,旨在建立一种新型基于SO4·-的类电Fenton体系(电/Fe3+/SO42-体系)。该新型体系中可以完成PS的原位生成、催化和再生,体系中的催化剂Fe2+由Fe3+通过阴极还原再生而得。因此,本文分别对低浓度PS的检测、电化学生成PS的性能参数进行研究,并以典型偶氮染料活性黑5(RB5)和典型恶臭气体一甲胺(MA)为模型液相、气相污染物,对整个体系降解污染物的性能进行验证。具体研究内容和结果如下：(1)低浓度PS检测方法的建立。由于本文中PS的电化学生成,不以高浓度析出为目的,而是在于SO42-和S2O82-在体系中的循环转化。因此体系中PS的浓度偏低,需要有一种检测 1 mmol/L PS的方法。本文通过对(0～1.5mmol/L)的PS进行微波活化,产生氧化性更强的SO4·-,并以此对染料亚甲基蓝(MB)进行脱色降解。利用MB容易被氧化剂氧化而发生脱色反应这一特点,间接探究MB脱色程度与PS之间的关系。在微波活化的条件下,该脱色反应在1min内即可达到反应终点；反应进程不受溶液pH的影响；不同浓度的PS造成对MB的脱色差异,随MB浓度的增高而减小；PS浓度与MB脱色程度呈线性相关,相关系数为0.997。(2)PS的电化学生成参数优化研究。SO42-可在电化学作用下,在阳极被氧化生成PS。研究了PS生成量与电解质组成、电流密度以及电解槽类型之间的关系。结果显示：在同一SO42-浓度下,PS的生成量随H2SO4/(NH4)2SO4摩尔比的减小而增大；PS的生成量也随着实验中的电流密度的增大而增大;对比单双槽电解生成PS实验,单槽中的生成量更多、生成效率更高。(3)类电Fenton体系对RB5的降解性能研究。研究了RB5在电/Fe/SO42-体系中的脱色速率与铁离子的种类及浓度、溶液pH、RB5的投加浓度之间的关系。RB5的脱色速率随体系中Fe2+含量的增加呈先促进后抑制趋势；而随着体系中Fe3+含量的增加,RB5的脱色速率总体呈促进趋势。因此,相同背景条件下,Fe3+比Fe2+在体系中有更好的脱色效果。在电/Fe3/SO42-体系对RB5脱色前后,溶液的pH增大：RB5的投加浓度与其脱色程度呈一级动力学关系,随着RB5投加浓度的增大,脱色速率逐渐降低；在多次投加RB5后,电/Fe3/SO42体系对RB5的脱色效果不会降低反而增加,说明体系的循环使用更有利于对RB5的降解；电/Fe3+/SO42-体系在200min内,实现了对RB583%的矿化率。随后通过对电/Fe3+/SO42-体系中活性物种的鉴定以及RB5脱色过程中中间产物的测定,对RB5的脱色路径进行了推理。(4)类电Fenton体系对恶臭气体CH3NH2的连续降解性能研究。通过对恶臭气体CH3NH2的连续降解,并对实验过程中电/Fe3+/SO42-体系中铁离子存在种类与浓度进行检测,证实了电/Fe3+/SO42-体系中氧化剂PS和催化剂Fe2+的可再生循环利用,并就电/Fe3+/SO42-体系本身降解污染物的机理进行了概括。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X703

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