活性炭纤维催化过一硫酸氢盐降解水中的酸性橙7
对于含偶氮染料废水等难生化有机废水的处理，高级氧化技术是一种有效的方法。近年来，基于过一硫酸氢盐（HSO5，PMS）的高级氧化技术（Advancedoxidation processes，AOPs），受到广大研究人员的关注，该技术通过一定的手段活化PMS产生强氧化性的硫酸根自由基（SO4）降解水中有机污染物。对于PMS的活化手段，目前主要还集中在紫外光活化和钴活化，二者具有明显的缺点。因此，寻找更多方式活化PMS，成为研究的热点。活性炭（AC）等炭材料不仅是良好的吸附材料，同时也是一种绿色的催化剂，可催化O3、H2O2、过二硫酸盐（PS）和PMS降解水中难生化有机物。 本文以活性炭纤维（ACF）为催化剂，系统研究了其活化过一硫酸氢盐（PMS）去除水中偶氮染料酸性橙7（AO7）的可行性，探讨了“ACF/PMS体系中催化反应如何发生”、“吸附与催化如何相互影响”以及“AO7怎么被降解”等问题。具体研究内容如下： （1）在ACF/PMS体系中，ACF和PMS之间存在显著的协同效应。在ACF投加量为0.3g/L，PMS/AO7摩尔比为20/1时，100mg/L的AO7两小时内可被完全脱色。在一定程度上，AO7的脱色率随PMS投加量增加而增加，而当PMS投加量增加到一定值时，AO7脱色速率不再变化。另外，AO7的脱色率随着ACF增加而增加，而脱色速率与ACF的投加量呈现正线性相关。在ACF投加量为0.3g/L，PMS/AO7摩尔比为20/1时，AO7的初始浓度的改变对其在ACF/PMS体系中去除影响较小。随着ACF使用次数的增加，AO7的去除效果明显下降。抑制剂实验表明，ACF/PMS体系中，主要的氧化性的物种为HO和SO4。另外，对PMS氧化前后，ACF表面性质的变化分析发现，碱性位点是可能的催化PMS分解反应位点。 （2）在ACF/PMS或者GAC/PMS体系中，吸附与催化是相互影响的。一方面，AO7或者其中间产物吸附在GAC或者ACF表面，会阻碍PMS与活性位点的接触，从而使产生的自由基减少，AO7的降解受到抑制。这解释了为什么ACF吸附速率比GAC快，但是其重复利用效果反而比GAC差。另一方面，ACF与PMS相互作用，也会导致ACF对AO7的吸附下降，进而使得没有足够的AO7吸附到AO7表面或表面附近，使得生成的自由基不能接触到AO7，影响其催化降解，从而影响到ACF/PMS体系对AO7的去除。 （3）在ACF/PMS体系中，AO7降解中间产物主要为1,2-萘二酮、2氢-1-苯并吡喃-2-酮、茚三酮、1,4-苯醌、甲酸和乙酸。根据这些中间产物，推测AO7的降解过程为：偶氮键迅速断裂，导致脱色；然后，反应产物被氧化生成一些萘环类和苯环类化合物；之后经过一系列的氧化降解步骤导致芳香类化合物开环，生成甲酸和乙酸等小分子酸，并最终矿化。 （4）ACF/PMS体系可不同程度地降解含偶氮染料酸性铬兰K（ACBK）、酸性红249（AR249）和活性黑5（RB5）。ACBK是PMS可以氧化降解的偶氮染料，ACF加入后可以显著加速偶氮染料的降解。对于AR249和RB5，不仅很难被ACF吸附，也很难被PMS直接降解，但在ACF/PMS体系作用下，二者的降解率都有了很大的提升。几种偶氮染料废水在ACF/PMS体系下的处理效果从高到低依次为AO7>ACBK>AR249>RB5，而这与ACF对它们的吸附能力顺序恰恰是一致的，这充分说明ACF对于染料的吸附过程对染料的降解有着重要的作用，在一定程度上吸附过程可以促进染料的催化氧化降解。
活性炭纤维;过一硫酸氢盐;催化氧化降解;含偶氮染料废水
中国海洋大学
硕士
环境工程
杨世迎
2014
中文
X788;X703
76
2015-04-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）