强化亚铁/过硫酸盐高级氧化工艺降解金橙G的研究

摘要

随着我国印染行业的迅速发展，染料的需求量急剧增加，这导致含染料废水的排放总量也出现急剧的增长。染料具有高色度、高生物毒性以及难降解等特点，若不经有效处理而排放，势必对生态环境造成严重的污染。基于硫酸根自由基(SO4?-)的新型高级氧化技术以其对有机污染物高效的氧化降解效率而愈来愈广泛地应用于水处理工艺当中。SO4?-一般通过活化过硫酸盐产生，而当前被研究与应用最为广泛的活化方法是亚铁活化过硫酸盐法(Fe2+/PS)；尽管如此，该方法亦存在着一定缺陷，因此本研究探讨了两种改进的 Fe2+/PS工艺对染料污染物金橙 G的氧化降解能力。
　　(1)论文首先研究了通过铁电极活化过硫酸盐(EC/PS)产生具有强氧化性的SO4?-，对溶液中偶氮类染料金橙G(Orange G，OG)的氧化降解行为。研究重点考察了电流强度、PS投加量、金橙G初始浓度、溶液初始pH值、共存阴离子以及反应温度对金橙G的影响。试验对比了投加等量亚铁离子与EC/PS工艺的去除效率；通过加入不同的自由基淬灭剂，验证了体系中存在的自由及种类及其占比。此外，本研究还对EC/PS工艺降解金橙 G进行了初步动力学机理探讨。
　　试验结果表明，单独电絮凝及单独投加 PS几乎不能去除污染物金橙 G，而EC/PS工艺对金橙G有着优良的去除效果：相同试验条件下，单独电絮凝有6.39％的去除率，单独投加 PS则仅有1.98%的去除率，相比之下EC/PS工艺则有79.4%的去除率；当铁电极上外加直流电流、PS的投加量逐渐增大时，EC/PS工艺对溶液中金橙G的降解速率也随之提高。溶液初始pH值对金橙 G降解速率的影响较大：在pH0=3~10内，pH越小越有利于降解的进行，且当溶液呈碱性时，去除率显著地降低；当金橙 G初始浓度增大时，EC/PS工艺的去除率随之变小；水中共存阴离子对金橙G的降解存在着不同程度的抑制作用：PO43->CO32->Cl-。向溶液中加入亚铁离子Fe2+，来对比 Fe2+/PS与EC/PS的效率，Fe2+的投加量根据法拉第电解定律计算而得，与反应时间及电流强度呈正比；试验发现，一次性投加 Fe2+对于金橙G的去除率远不及EC/PS工艺，这是因为一次性投加 Fe2+过多，会造成Fe2+消耗过快、SO4?-产生过多从而自我淬灭，得不到有效的利用。
　　(2)本研究的第二部分试验探讨了天然绿茶提取物(-)-表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）助Fe2+/PS体系降解金橙G的效果。通过向 Fe2+/PS体系中引入具有还原性及络合性的 EGCG，建立了 Fe3+/Fe2+循环，促进了原体系对金橙G的降解。试验考察了PS投加量、金橙G初始浓度、溶液初始pH、Fe2+投加量、EGCG投加量以及溶液中共存阴离子对体系降解 OG速率的影响。试验结果表明：单独投加 Fe2+、EGCG、PS以及投加 EGCG/PS、Fe2+/EGCG均不能有效降解金橙 G；EGCG的加入使得 Fe2+/PS体系的去除率有了显著的提升；金橙 G的去除率随着PS及 Fe2+投加量的增大而增大、随着金橙 G初始浓度的增大而减小；当 EGGC投加量在10~40μmol/L时，降解速率随着其投加量的增大而增大，而当 EGCG投加量>40μmol/L时，降解速率随着其投加量的增大有一定程度的降低。当pH≤3时，金橙G降解速率随着pH的降低而减小，而当pH0=4~7时，降解速率大致相当。体系中共存阴离子对金橙 G的降解速率有着不同程度的抑制作用：PO43->CO32->Cl-。
　　此外，本研究通过分别向上述两体系中分别加入淬灭剂甲醇(methanol)和叔丁醇(tert-butanol)，证实了两体系中存在着硫酸根自由基以及羟基自由基，且硫酸根自由基占主导地位。研究还得出，两种工艺氧化降解金橙G的过程符合假一级反应动力学，且反应速率常数受各因素不同程度的影响。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 前言

1.2 染料废水概述

1.3 高级氧化技术概述

1.4 基于硫酸根自由基的高级氧化技术概述

1.5电极电解基本原理

1.6表没食子儿茶素没食子酸酯简介

1.7 课题研究意义、内容及创新点

第2章 试验材料与试验方法

2.1 试验材料

2.2 试验方法

第3章 铁电极活化过硫酸盐降解金橙G的研究

3.1铁电极活化过硫酸盐降解金橙G的影响因素及机理探讨

3.2 EC/PS工艺降解金橙G的动力学分析

3.3 结论

第4章 EGCG助Fe2+/PS体系降解金橙G的研究

4.1 EGCG助Fe2+/PS体系降解金橙G的影响因素及机理探讨

4.2 Fe2+/EGCG/PS工艺降解金橙G的动力学分析

4.3 结论

结论与建议

结论

建议

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文