無過二硫酸鹽投加的類電Fenton體系及其性能研究.pdf

1、Fenton技術(shù)是高級(jí)氧化技術(shù)(Advanced oxidation processes，AOPs)的一個(gè)重要分支。由H2O2經(jīng)Fe2+催化后產(chǎn)生活性極強(qiáng)的羥基自由基(·OH，E0=+2.33V～2.8V)，可使水體中的難降解的有機(jī)物大分子逐步氧化降解成低毒或無毒的小分子物質(zhì)，甚至直接降解成CO2、H2O，在難降解污染物的去除中備受矚目。然而傳統(tǒng)Fenton技術(shù)因催化劑Fe2+的浪費(fèi)和最終鐵泥的處理問題在使其在應(yīng)用上受到限制。電Fent

2、on技術(shù)在傳統(tǒng)Fenton技術(shù)的基礎(chǔ)上融入電氧化，電Fenton體系可以通過陰極還原作用使Fe2+獲得還原再生，進(jìn)而通過控制pH等條件避免鐵泥的產(chǎn)生及后續(xù)處理問題。
　　過渡金屬離子（Fe2+、Co2+和Ag+等）與過二硫酸鹽(PS，S2O82-)反應(yīng)，生成硫酸根自由基（SO4·-，E0=+2.6V～3.1V），是最新發(fā)展的類Fenton反應(yīng)。因SO4·-相較·OH壽命更長（前者30～40μs，后者20ns）、氧化能力更強(qiáng)，在難降

3、解污染物的去除上更有優(yōu)勢。將基于SO4·-的類Fenton反應(yīng)與電Fenton技術(shù)結(jié)合，就形成了基于SO4·-的類電Fenton技術(shù)。
　　由于PS可通過SO42-電化學(xué)制備而得，經(jīng)活化后產(chǎn)生的SO4·-與污染物反應(yīng)后又再次以SO42-形式回到反應(yīng)中。本文以反應(yīng)中SO42-→SO4·-→SO42-為切入點(diǎn)，將SO4·-的電化學(xué)原位生成與基于SO4·-的類電Fenton技術(shù)結(jié)合，旨在建立一種新型基于SO4·-的類電Fenton體系（

4、電/Fe3+/SO42-體系）。該新型體系中可以完成PS的原位生成、催化和再生，體系中的催化劑Fe2+由Fe3+通過陰極還原再生而得。因此，本文分別對(duì)低濃度PS的檢測、電化學(xué)生成PS的性能參數(shù)進(jìn)行研究，并以典型偶氮染料活性黑5(RB5)和典型惡臭氣體一甲胺(MA)為模型液相、氣相污染物，對(duì)整個(gè)體系降解污染物的性能進(jìn)行驗(yàn)證。具體研究內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　(1)低濃度PS檢測方法的建立。由于本文中PS的電化學(xué)生成，不以高濃度析出為目的

5、，而是在于SO42-和S2O82-在體系中的循環(huán)轉(zhuǎn)化。因此體系中PS的濃度偏低，需要有一種檢測＜1 mmol/L PS的方法。本文通過對(duì)(0～1.5 mmol/L)的PS進(jìn)行微波活化，產(chǎn)生氧化性更強(qiáng)的SO4·-，并以此對(duì)染料亞甲基藍(lán)(MB)進(jìn)行脫色降解。利用MB容易被氧化劑氧化而發(fā)生脫色反應(yīng)這一特點(diǎn)，間接探究MB脫色程度與PS之間的關(guān)系。在微波活化的條件下，該脫色反應(yīng)在1min內(nèi)即可達(dá)到反應(yīng)終點(diǎn);反應(yīng)進(jìn)程不受溶液pH的影響;不同濃度的P

6、S造成對(duì)MB的脫色差異，隨MB濃度的增高而減小;PS濃度與MB脫色程度呈線性相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.997。
　　(2) PS的電化學(xué)生成參數(shù)優(yōu)化研究。SO42-可在電化學(xué)作用下，在陽極被氧化生成PS。研究了PS生成量與電解質(zhì)組成、電流密度以及電解槽類型之間的關(guān)系。結(jié)果顯示:在同一SO42-濃度下，PS的生成量隨H2SO4/(NH4)2SO4摩爾比的減小而增大;PS的生成量也隨著實(shí)驗(yàn)中的電流密度的增大而增大;對(duì)比單雙槽電解生成PS實(shí)驗(yàn)

7、，單槽中的生成量更多、生成效率更高。
　　(3)類電Fenton體系對(duì)RB5的降解性能研究。研究了RB5在電/Fe/SO42-體系中的脫色速率與鐵離子的種類及濃度、溶液pH、RB5的投加濃度之間的關(guān)系。RB5的脫色速率隨體系中Fe2+含量的增加呈先促進(jìn)后抑制趨勢;而隨著體系中Fe3+含量的增加，RB5的脫色速率總體呈促進(jìn)趨勢。因此，相同背景條件下，F(xiàn)e3+比Fe2+在體系中有更好的脫色效果。在電/Fe3+/SO42-體系對(duì)RB5脫

8、色前后，溶液的pH增大;RB5的投加濃度與其脫色程度呈一級(jí)動(dòng)力學(xué)關(guān)系，隨著RB5投加濃度的增大，脫色速率逐漸降低;在多次投加RB5后，電/Fe3+/SO42-體系對(duì)RB5的脫色效果不會(huì)降低反而增加，說明體系的循環(huán)使用更有利于對(duì)RB5的降解;電/Fe3+/SO42-體系在200min內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)RB583％的礦化率。隨后通過對(duì)電/Fe3+/SO42-體系中活性物種的鑒定以及RB5脫色過程中中間產(chǎn)物的測定，對(duì)RB5的脫色路徑進(jìn)行了推理。