非均相电Fenton下PAM的降解及其深度降解研究

发布时间：2019-09-12 21:16

【摘要】：聚丙烯酰胺(PAM)是一种水溶性线性聚合物,在被广泛应用的同时,也带来了严重的环境污染问题。本文采用非均相电Fenton法对PAM进行初步降解,并联合微生物对其进行深度降解,有效地提高了 PAM的降解效率。综合运用电化学、分析化学以及微生物学的方法,深入探索了 PAM的电Fenton降解途径以及微生物对PAM深度降解。首先采用分子量为1.5 ×10~7,水解度为25%的部分水解PAM作为目标降解物,采用非均相电Fenton法对PAM实施降解研究。结果表明:在相同电势下,以Fe3O4/GF为工作电极时降解效果最佳;pH对降解影响不大,实验选取pH=7;不同电势对PAM的降解有不同的影响,当降解电势为~(-1).1v时,降解效果最好,该电势下溶液中氨氮上升到82.78 mg.L~(-1),COD从508.17mg.L~(-1)降到410.67 mg·L~(-1),降解率达19.19%,对比粘度下降接近于1。采用同样的方法对分子量为1.75 × 106、6.6 × 106PAM进行降解,降解效果与分子量为1.5 × 10~7的降解效果基本相同。运用GPC、FTIR、XPS等测试方法对PAM降解前后的样品进行了表征。结果表明:羟基自由基会首先选择PAM中“头-头”结构的位置进攻碳链,碳链在此位置发生断裂并形成碳自由基,过程中可以释放小分子有机/无机碳化合物。由断键形成的碳中心自由基极不稳定,并且具有与氧反应以产生过氧大分子自由基的强烈倾向。过氧自由基具有提取聚合物主链中可用的氢原子的能力,这会导致新的碳中心自由基和过氧化氢物的生成。这种大分子的过氧化氢端基可以容易地分解形成氧中心自由基和羟基自由基。羟基自由基可以进一步夺取氢原子,从而形成新的碳中心自由基。氧中心自由基和碳中心自由基之间通过组合反应形成醚键使反应终止。以这种方式,使高稳定性的聚合物发生碳链重组并改变了其稳定性。过量的羟基自由基可能有机会攻击主链上的其他C-C键,根据实验结果推测是通过氢夺取引入C=O(酮)的。在采用微生物进行深度降解时发现,PAM降解是一个链缩短的过程,该过程伴随着醚键的产生。基于结构分析,提出了微生物对HPAM的进攻发生在碳主链的“头-头”联接处。该处的两个α-[-CH-]首先被氧化成[-C-OH],之后在[-CH2～C-OH]处断裂,产生的小分子有机酸进入微生物细胞内供微生物代谢,然后两个[-CH2-OH]之间发生脱水反应生成醚键将开裂处重新联接。
【图文】：

谱图,氢氧化物,谱图,电极

解ＰＡＭ（分子量为１．５邋Ｘ１０７，后面没有明确指出均为此分子量）具有不同的降解效逡逑果。在电势－0．７ｖ（ＶＳ．ＳＣＥ），，分别以邋ＦｅＯＯＨ／ＧＦ、Ｆｅ２0３／ＧＦ、Ｆｅ３０４／ＧＦ邋作为阴极材逡逑料进行了邋ＰＡＭ降解实验。从图３．１可以看出，ＰＡＭ初始样出峰时间为２３．２６邋ｍｉｎ，逡逑经三种阴极材料分别降解３天后，三者分别对应的ＧＰＣ出峰时间分别为２６．２２邋ｍｉｎ、逡逑２６．５１邋ｍｉｎ、２７．４４邋ｍｉｎ。在这三种铁（氧）氧化物／ＧＦ材料中，Ｆｅ３０４／ＧＦ的催化活性最逡逑高，Ｆｅ２０３／ＧＦ邋次之，而邋ＦｅＯＯＨ／ＧＦ邋最低。逡逑－０．７ｖ逡逑２７．４４ｍｉｎ＜＾逦＾逦Ｆｅ３０４／ＧＦ逡逑７逦２６．５１邋ｍｉｎ邋／逡逑§逦２６．２２ｍｉｒｒ＾ｒ逦—？【恐逡逑逦逦邋’，逦ＦｅＯＯＨ／Ｇｉｙ逡逑２３．２Ｑｉｑｊｎ邋＾逦逦逡逑／邋Ｉ逡逑／邋＼逦Ｚ、逦原样逡逑Ｉ逦１逦Ｉ逦＇逦Ｉ逡逑２０逦３０逦４０逡逑Ｔｉｍｅ（ｍｉｎ）逡逑图３．１不同铁（氢）氧化物／ＧＦ电极降解ＰＡＭ的ＧＰＣ谱图逡逑Ｆｉｇ．邋３．１邋ＧＰＣ邋ｐａｔｔｅｒｎｓ邋ｏｆ邋ＰＡＭ邋ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｂｙ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋Ｉｒｏｎ邋（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ）邋Ｏｘｉｄｅ邋／邋ＧＦ邋ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ逡逑Ｆｅ３０４／ＧＦ复合材料的催化活性最高。它们有这样的差异，其原因在于非均相逡逑电Ｆｅｎｔｏｎ过程中产生的Ｈ２０２会降低Ｆｅ（ＩＩＩ）向Ｆｅ（ＩＩ）的转化，由于铁（氢）氧化物的逡逑结构不同

谱图,环境,谱图,降解时间

３．３．１．２不同ｐＨ环境对ＰＡＭ降解的影响逡逑以Ｆｅ３0４／ＧＦ为工作电极，探究不同ｐＨ环境对ＰＡＭ降解的影响。实验以磷酸逡逑盐为缓冲体系。从图３．２可以得到知道，酸性环境下有利于ＰＡＭ的非均相电Ｆｅｎｔｏｎ逡逑催化降解，中性次之，碱性最差。体系ｐＨ为５、７、９对应ＰＡＭ降解时间分别为逡逑２５．３４邋ｍｉｎ、２７．４１邋ｍｉｎ、２７．５９邋ｍｉｎ，酸性与中性条件下降解产物出峰时间大致相同，逡逑碱性条件不利于电Ｆｅｎｔｏｎ催化反应的进行。逡逑——原样＿逡逑一邋一ｐＨ＝９逡逑■邋－邋－邋ｐＨ＝７逡逑一－一邋ｐＨ＝５逡逑＿逦／邋‘邋＼逦…一？逡逑．邋＿邋＿邋—＿．邋＾逦，邋？邋—？？邋－邋—？邋＊邋＂＊＊＊＂逦—邋－邋——邋－邋—邋？邋＿逡逑２邋逦邋／邋？邋．．逡逑，＇、逦逦逡逑逦一逦＼逦ｚ逡逑—逦、逦逦逡逑Ｊ逦逡逑Ｉ逦＇逦］逦＇逦Ｉ逡逑２０逦３０逦４０逡逑Ｔｉｍｅ（ｍｉｎ）逡逑图３．２不同ｐＨ环境ＰＡＭ降解ＧＰＣ谱图逡逑Ｆｉｇ．邋３．２邋ＧＰＣ邋ｐａｔｔｅｒｎｓ邋ｏｆ邋ＰＡＭ邋ａｆｔｅｒ邋ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ邋ａｔ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｐＨ邋ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ逡逑实验过程中探宄了不同ｐＨ环境下ＰＡＭ溶液对比粘度、ＣＯＤ随时间的变化，逡逑从图３．３可以发现，随着降解时间的增加，各个ｐＨ下的溶液对比黏度、ＣＯＤ均是逡逑下降的。当ｐＨ＝５、７时，溶液的对比黏度和ＣＯＤ变化始终很是接近，对比粘度接逡逑近１
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O632.6

【参考文献】