氧化铜非自由基活化过硫酸盐氧化有机微污染物及无机碘离子

发布时间：2020-06-18 13:04

【摘要】：目前绝大多数关于过硫酸盐高级氧化技术的研究都是基于高活性的硫酸根自由基(SO4·ˉ)的氧化技术。SO4·ˉ的活性非常强,可以氧化多种难降解有机污染物,然而,因为SO4·ˉ的选择氧化性差,在氧化目标物的同时也会和实际水体中的背景成分反应,这样会给实际水体/废水的处理带来不利,一方面造成了氧化剂的浪费,另一方面可能会生成有毒有害物质。有研究表明氧化铜(Cu O)可以在温和的反应条件下有效激活过二硫酸盐(PDS),而这一活化过程不产生SO4·ˉ。Cu O是配水管网中铜制管件,以及含铜合金管件腐蚀后的主要产物之一。PDS/Cu O作为一种新型的非自由基高级氧化体系,其对于有机微污染物的氧化能力尚未有人研究。此外,该体系中的消毒副产物生成风险也有待进一步考察。本文考察了PDS/Cu O体系对于碘离子,取代酚(甲基酚,硝基酚,氯酚以及溴酚)和几种有机微污染物(卡马西平,糠醇,扑热息痛以及新诺明)的氧化能力。CuO活化PDS氧化Iˉ的途径为:Iˉ→HOI→IO3ˉ。PDS/Cu O体系氧化Iˉ的速率随着PDS投加量或者Cu O投加量的增加而逐渐增加。PDS/Cu O体系氧化Iˉ的总反应速率=0.052[PDS]0.74[Cu O]1.11[Iˉ],总反应级数为三级。调节溶液初始p H值,Iˉ减少的速率遵循以下的顺序:p H7p H8p H6p H9。NOM的存在能够显著抑制Iˉ在PDS/Cu O体系中的氧化效率,且抑制作用随着初始NOM浓度的上升而增强。当NOM浓度为1,2和5mg C/L时,PDS/Cu O体系对Iˉ的转化率由原来的100%分别降低至72.48%,41.29%和21.9%。在NOM存在的条件下,体系中有I-DBPs的生成,产率随着NOM浓度的增加而降低。针对不同种类取代基的取代酚,PDS/Cu O体系的将目标酚(初始浓度10μM)100%氧化所需的反应时间为:溴酚(20分钟)甲基酚(30分钟)氯酚(40分钟)硝基酚(50分钟);针对不同取代位的取代酚,PDS/Cu O体系的氧化甲基酚、氯酚和溴酚时,对位和邻位的氧化速率差别不大,间位的取代酚的氧化速率最慢,但是针对不同取代位的硝基酚,PDS/Cu O体系的氧化速率的规律为:3-硝基酚2-硝基酚4-硝基酚。PDS/Cu O体系中取代酚浓度的倒数与反应时间基本呈线性关系,说明PDS/Cu O与取代酚的反应是取代酚的假二级反应。PDS/Cu O体系对于不同官能团的有机物的氧化能力规律为:磺胺类有机物SMZ芳香酚类有机物APAP双键类有机物FFA双键类有机物CBZ;溶液初始p H为6时,反应周期60分钟后的相应的去除率分别为:64.4%,59.6%,36%和16.7%。当溶液初始p H变化时,PDS/Cu O体系对于SMZ的氧化能力变化的规律为:p H7p H6p H9。反应周期60分钟后,当p H为6时,SMZ的去除率为64.4%;当p H为7时,SMZ的去除率为68.8%,当p H升高到9时,SMZ的去除率为40.7%。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703
【图文】：

高级氧化技术,羟基自由基,领域,臭氧

图 1-1 基于羟基自由基（HO ）的高级氧化技术下面简要介绍几种在水处理领域中研究开发与应用较广泛的基于 HO 的高级氧化技术[31]：1. 基于臭氧的高级氧化技术1）臭氧氧化：臭氧是一种环境友好型氧化剂，它在氧化反应中分解为氧而自身不产生副产品。因此臭氧氧化技术广泛应用于饮用水的净化、废水处理、工业水处理、游泳池的消毒等方面。在臭氧氧化过程中，存在着两种可能的氧化作用，第一种称为直接氧化作用，指臭氧直接作用于水溶液中的目标物将其去除的过程；第二种是间接的自由基的氧化作用，指臭氧分解产生的 HO 与水溶液中的目标物发生反应将其降解的过程。有些氧化产物不能被臭氧进一步氧化转化，使得溶液中的 TOC 并不能完全被去除。此外，直接臭氧氧化技术的高耗能和高成本限制了该项高级氧化技术在实际生产中的广泛应用。因此，为了进一步提高臭氧氧化过程中的效率，研究人员将臭氧与 H2O2和紫外线辐射相结合，以这样的方式可以在氧化处理体系中产生更多的高活性的 HO ，有望大大提高臭氧的去除率。

离子色谱,初始浓度,速率,流动相

图 2-1 不同 PDS 初始浓度下 I3ˉ的产生速率浓度采用 ABTS 显色法进行测定：预先取 1ml pH4.6-4.8mM 的 ABTS 溶液、20μL0.5mM 的 KI 溶液于 10mL 比色 1ml 样品加入比色管，静置反应 20-30 分钟后，加入 M度线并摇匀。利用可见分光光度计在波长 415nm 处测定摩尔吸光系数为 31600M-1cm-1。PMS 与 ABTS 的化学计l 氧化剂与 2molABTS 反应，生成 2mol 的 ABTS +。子与碘酸盐浓度测定验中的 Iˉ和生成的 IO3ˉ使用 Dinoex 3000 离子色谱进行xAS11，保护柱为AG19，电导检测器检测，抑制电流设定为条件如下：流动相为 20mM KOH 和 MilliQ 水，流动相比例：80%，淋洗液流速为 1mL/min，进样量为 200μL。在此ˉ的保留时间分别为 3.9min 和 19.4min。酸浓度测定

【参考文献】