腐植酸对高锰酸钾氧化酚类化合物的影响机理探究

摘要

腐植酸在天然水体中广泛存在,而且腐植酸对水处理过程有重要影响。本论文详细调查了pH=5.0~9.0范围内腐植酸对高锰酸钾氧化酚类化合物的影响并对其影响机理进行探究。
　　在弱酸性和中性条件下,腐植酸的存在会促进高锰酸钾对酚类化合物的去除,而且促进程度随着pH的降低而增加。通过反应过程的紫外-可见图分析发现,腐植酸的存在促进了原位二氧化锰的生成。
　　用硫代硫酸钠和高锰酸钾反应异位制备二氧化锰,考察该二氧化锰氧化苯酚的动力学发现,二氧化锰的氧化能力受pH变化影响显著。在低pH值下,二氧化锰的氧化能力非常强,当pH=5.0时,二氧化锰的氧化能力甚至超过高锰酸钾的氧化能力。当二氧化锰与高锰酸钾共存氧化苯酚时,并没有发现二氧化锰的催化作用。
　　将腐植酸用臭氧预氧化之后考察pH=5.0-6.0条件下其对高锰酸钾氧化酚类化合物的影响,发现预氧化之后的腐植酸的对酚类化合物氧化的促进能力变弱。实验还发现,对于不能被预制备二氧化锰氧化的目标污染物,腐植酸对其氧化没有促进作用。pH=5.0条件下,腐植酸对高锰酸钾氧化酚类化合物速率的提高程度与二氧化锰氧化酚类化合物的速率之间有良好的线性关系。
　　通过对比腐植酸和硫代硫酸钠对高锰酸钾氧化酚类化合物的动力学影响和紫外-可见谱图中得出结论,腐植酸一方面可以使新生态的二氧化锰逐渐生成,另一方面可以稳定二氧化锰的存在,使二氧化锰不至于很快失去新生态的活性。在硫代硫酸钠分次投加模式下考察高锰酸钾降解苯酚时,实验过程中持续的磁力搅拌导致产生二氧化锰沉淀,而二氧化锰沉淀对后来新产生的二氧化锰的性质有较大影响。本论文还观察到,在pH=5.0条件下,腐植酸对氯酚氧化的影响还与酚类化合物的结构有关系,氯取代基在邻位的氯酚最容易被氧化,在间位时氯酚最不容易被氧化。
　　根据提出的酸性条件下腐植酸对高锰酸钾氧化酚类化合物的影响机理,文章中提出了腐植酸存在下高锰酸钾氧化酚类化合物的模型,该模型能够很好的模拟实验数据,另外,将模型中得到的新生态二氧化锰对酚类化合物的氧化速率与异位制备的二氧化锰对酚类化合物的氧化速率比较显示,新生态二氧化锰的氧化活性远远高于预制备的二氧化锰的氧化活性。有/无磷酸盐存在条件下制备的二氧化锰的不同氧化能力表明磷酸盐的存在极大的影响了生成的二氧化锰的性质。
　　在pH=8.0-9.0条件下,腐植酸的存在会抑制高锰酸钾氧化酚类化合物,这种现象主要有两方面原因:一是在碱性条件下原位生成的二氧化锰对酚类化合物去除能力弱,二是腐植酸与目标污染物竞争氧化剂,导致能够起到有效作用的氧化剂的数量减少。但是随着腐植酸浓度的升高,高锰酸钾氧化酚类化合物的初始速率升高,这主要是因为腐植酸和质子态酚类化合物之间相互作用,提高了酚类化合物的电子云密度,使得结合态的酚更活泼。该论文建立了碱性条件下腐植酸存在时高锰酸钾氧化酚的初始速率模型,通过该模型得出的参数显示结合态的酚更容易被氧化。

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第1章 绪 论

1.1 酚类化合物及其危害

1.2 高锰酸钾氧化处理酚类化合物

1.3 水体中的腐植酸

1.4 课题研究的目的、意义及主要内容

第2章 实验材料与方法

2.1 目标污染物的选取

2.2 实验试剂与仪器

2.3 动力学实验设计

2.4 分析方法

第3章 酸性条件下腐植酸对高锰酸钾氧化酚类化合物的影响机理探究

3.1 腐植酸对高锰酸钾氧化不同酚类化合物的动力学影响

3.2 腐植酸对高锰酸钾氧化酚类化合物的UV图的影响

3.3 二氧化锰对酚类化合物降解的影响

3.4 腐植酸对原位生成的二氧化锰的作用

3.5 腐植酸对酚类化合物氧化影响与酚结构之间的关系

3.6 高锰酸钾氧化酚类化合物的动力学模型分析

3.7磷酸盐对高锰酸钾氧化酚类化合物的影响

3.8 本章小结

第4章 碱性条件下腐植酸影响高锰酸钾氧化酚类化合物的机理探究

4.1 碱性条件下腐植酸对酚类化合物降解的动力学影响

4.2 腐植酸与质子态的酚类化合物之间的作用对酚氧化的影响

4.3 碱性条件下腐植酸影响高锰酸钾氧化的模型

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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