低分子量有機(jī)酸對(duì)鐵光化學(xué)循環(huán)的調(diào)控機(jī)制及其水處理應(yīng)用研究.pdf

1、隨著工業(yè)化的迅速發(fā)展，如何控制日益嚴(yán)重的水污染問(wèn)題成為環(huán)境領(lǐng)域中的一個(gè)重要課題。本論文主要研究了光-芬頓反應(yīng)對(duì)污染廢水的處理。鐵離子是光-芬頓反應(yīng)中的主要試劑，不同價(jià)態(tài)和形態(tài)的鐵元素對(duì)光-芬頓反應(yīng)的處理效率起著非常重要的作用。水中低分子量有機(jī)酸（Low-Molecular-Weight Organic Acids, LMWOAs）與鐵元素共存時(shí)會(huì)影響鐵元素的光化學(xué)循環(huán)，二元羧酸（Dicarboxylic acid, DCAs）就是其中最

2、常見(jiàn)的一類LMWOAs。本論文系統(tǒng)地研究了不同DCAs對(duì)鐵光化學(xué)循環(huán)的及光-芬頓反應(yīng)的處理效率的影響，具體的研究情況如下：
　?。?）在芳香烴類有機(jī)物的降解過(guò)程中的主要中間產(chǎn)物為L(zhǎng)MWOAs，其中草酸（Oxal）和丙二酸（Mal）則是比較常見(jiàn)的產(chǎn)物。本文研究了 Oxal和 Mal對(duì)鐵基光催化技術(shù)的影響，同時(shí)也考察了對(duì)羅丹明B（RhB）的光-芬頓降解效率的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn) RhB的降解效率與溶液中 Fe(III/II)配合物的光活性以

3、及 Fe(II)配合物與 H2O2反應(yīng)密切相關(guān)。雖然草酸鐵（Fe(III)-oxalato）配合物的光解可以產(chǎn)生O2?-, HO2?和?OH等自由基，這些自由基的產(chǎn)生能夠促進(jìn)染料的降解，但是添加過(guò)多的H2O2卻會(huì)淬滅草酸鐵激發(fā)態(tài)，減少了自由基產(chǎn)生并降低染料的降解效率。與之相反，Mal的存在會(huì)大大抑制UV/Fe3+體系中染料的降解效率，主要是由于丙二酸鐵（Fe(III)-Mal）配合物會(huì)取代原有的羥基鐵（Fe(III)-OH）配合物成為F

4、e3+主要存在形態(tài)，但Fe(III)-Mal光活性差，因此Fe2+的光量子產(chǎn)率很低。本研究結(jié)果將加深我們對(duì)DCAs調(diào)控鐵光化學(xué)及其環(huán)境效應(yīng)的理解，而且還能夠?yàn)檫x擇鐵離子配體用于光-芬頓氧化技術(shù)提供依據(jù)。
　?。?）用Fe2+將高毒六價(jià)鉻（Cr6+）還原成低毒的三價(jià)鉻（Cr3+）是一種簡(jiǎn)單有效的去除Cr6+的方法。本文研究了短鏈二元羧酸（C2-C5：包括Oxal，Mal，丁二酸（Suc），戊二酸(Glu)）存在下的酸性Fe3+/Fe

5、2+溶液中Cr6+的光還原情況。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)Cr6+的光還原效率也與Fe3+/Fe2+與DCAs配合物的光化學(xué)有關(guān)，Cr6+的去除率按從大到小的體系順序依次為Oxal體系> Suc體系≈ Glu體系> Mal體系。Fe(III)-oxalato配合物光解可以產(chǎn)生大量 Fe2+和還原性自由基 CO2?-，而Fe(III)-Mal的光解時(shí) Fe2+的產(chǎn)量是所有 Fe(III)-DCAs配合物中 Fe2+的產(chǎn)量最低的，進(jìn)而Cr6+去除效率最低。

6、Suc和Glu對(duì)Fe3+溶液光還原Cr6+效率影響不大，原因歸結(jié)于當(dāng)Suc和Glu與Fe3+絡(luò)合能力差，因此對(duì)溶液中Fe3+形態(tài)幾乎沒(méi)有影響，該研究對(duì)鐵基光芬頓處理含鉻廢水的應(yīng)用設(shè)計(jì)具有重要意義。
　　（3）為了降低Mal對(duì)光-芬頓效率的影響，本文研究了不同波長(zhǎng)范圍紫外光對(duì)該體系的調(diào)控作用，表明短波紫外光可以促進(jìn) Fe(III)-Mal配合物的光解?？疾炝藀H、紫外光波長(zhǎng)范圍、Mal濃度、氧氣氣氛等因素對(duì)UV/ Fe3+/Mal體

7、系中Fe3+/Fe2+的循環(huán)情況以及Cr6+去除效率的影響；同時(shí)也考察了反應(yīng)過(guò)程中乙酸根生成情況變化和體系中丙二酸的礦化率情況，初步揭示了 Fe(III)-Mal配合物依入射光波長(zhǎng)變化的光解機(jī)制。此外還研究了多種 LMWOAs（包括 Oxal，Mal，檸檬酸（Cit），酒石酸（Tar），丙酮酸（Pyr），乙二胺四乙酸（EDTA））對(duì)光-芬頓處理效率的調(diào)控，結(jié)果表明多LMWOAs存在時(shí)，體系的處理效率受溶液中LMWOAs與Fe3+的絡(luò)合能

8、力及Fe(III)配合物的光化學(xué)性能影響。在UV/Fe3+/Mal體系中添加Oxal可以大大提高處理效率，因?yàn)镺xal比Mal與Fe3+絡(luò)合能力強(qiáng)，且形成Fe(III)-Oxalato配合物的光活性也大。而加入 Pyr和EDTA調(diào)控時(shí)，Pyr與Fe3+的絡(luò)合能力比Mal差，而Fe(III)-EDTA配合物光解并不生成氧活性物種，因此兩者都無(wú)法提高其處理效率。Cit和 Tar與 Fe3+的配合物光解途徑類似于Fe(III)-oxalato