基于零价铁的芬顿体系的构建及其在环境污染物处理中的应用

摘要

本研究使用电沉积法在导电玻璃表面制备零价铁膜。在零价铁膜、草酸、溶解氧共同存在的情况下，对亚甲基蓝和橙黄Ⅱ进行脱色，还研究了光辐射和Cr(Ⅵ)对脱色实验的影响。新提出的零价铁/草酸/溶解氧(Fe0/OA/DO)体系要比零价铁/EDTA/溶解氧(Fe0/EDTA/DO)体系对亚甲基蓝的脱色效果好，并且具有较强的稳定性。
　　在Fe0/OA/DO体系中，溶液pH、草酸浓度、Fe0膜在体系中的停留时间、甲醇的加入等因素对亚甲基蓝的脱色效果影响显著。pH值越低越有利于亚甲基蓝的脱色，但即使在中性条件下，反应30min后亚甲基蓝的脱色率仍能达到32％。溶解铁测量结果表明，高pH环境不利于铁的溶解。高pH下较低的脱色率一方面是由于溶解铁的减少，不利于H2O2的生成;另一方面是高pH下·OH相对较弱的氧化性。草酸浓度越高，亚甲基蓝的脱色效果越好。但浓度过高，增强效应不明显。在所研究的浓度范围内，2.4mM是一适宜浓度。铁膜的停留时间越长，亚甲基蓝的脱色效果越好。当铁膜从反应器中拿出后，脱色反应立即停止。
　　亚甲基蓝在Fe0/OA/DO体系中的脱色是一异相动力学过程，即脱色反应发生在铁膜的表面，而不是溶液本体。甲醇的存在也抑制Fe0/OA/DO体系对亚甲基蓝的脱色，而且抑制效应随其浓度增大而加强。但即使在甲醇很高的浓度情况下，亚甲基蓝仍有一定的脱色率。
　　Fe0/OA/DO体系对橙黄Ⅱ的脱色率要比亚甲基蓝低很多，反应30min后的脱色率只是22％。引入光辐射，可以有效地改善该体系对橙黄Ⅱ较差的脱色效果。光助Fe0/OA/DO体系对橙黄Ⅱ的脱色效率与溶液pH值、草酸浓度有关。pH值越低越有利于橙黄Ⅱ的脱色，最佳pH是3.0。草酸浓度越高，橙黄Ⅱ的脱色效果越好，适宜的草酸浓度为2.4mM。光辐射的引入对亚甲基蓝在Fe0/OA/DO体系中反应30min后的脱色率几乎不产生影响（引入前后分别为90％和91％），但脱色过程的动力学规律有所不同。不同于Fe0/OA/DO体系的异相动力学过程，在光助Fe0/OA/DO体系中发生的主要是均相芬顿反应。
　　光助Fe0/OA/DO体系既具有氧化性，使橙黄Ⅱ和亚甲基蓝脱色，也具有还原性，使Cr(Ⅵ)有效还原。在给定的实验条件下，反应30min后，Cr(Ⅵ)的还原率是83％。光助Fe0/OA/DO体系可以使橙黄Ⅱ和Cr(Ⅵ)同时脱色和还原，并且Cr(Ⅵ)的共存对橙黄Ⅱ的脱色有促进作用。在橙黄Ⅱ和Cr(Ⅵ)的共存溶液中优先发生的是橙黄Ⅱ的脱色。橙黄Ⅱ的脱色效率随共存Cr(Ⅵ)的浓度增加而略微降低，而Cr(Ⅵ)自身的还原效率则降低明显。Cr(Ⅵ)在光助Fe0/OA/DO体系中对橙黄Ⅱ脱色的促进作用可用橙黄Ⅱ的光敏性和其电子激发态与Cr(Ⅵ)之间的电子转移加以解释。光助Fe0/OA/DO体系可以使亚甲基蓝和Cr(Ⅵ)同时脱色和还原，但Cr(Ⅵ)的共存对亚甲基蓝的脱色有抑制作用。在亚甲基蓝和Cr(Ⅵ)的共存溶液中优先发生的是Cr(Ⅵ)的还原。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 染料废水的处理技术

1．2．1 物理法

1．2．2 化学法

1．2．3 生物法

1．3 高级氧化技术

1．4 芬顿体系

1．4．1 均相芬顿体系的发展

1．4．2 异相芬顿体系的发展

1．5 Cr(VI)的还原去除

1．6 本文主要研究内容

1．6．1 研究内容

1．6．2 特点与创新之处

第2章 实验材料与方法

2．1 实验材料与设备

2．2 实验研究方法

2．3 分析与表征方法

2．3．1 染料与Cr(VI)浓度的分析

2．3．2 Fe2+和Fe3+浓度的分析

2．3．3 Fe0的表征

2．4 本章小结

第3章 亚甲基蓝和橙黄Ⅱ在Fe0／OA／DO体系中的脱色

3．1 Fe0膜的表征

3．2 亚甲基蓝和橙黄Ⅱ在Fe0／EDTA／DO体系中的脱色

3．3 亚甲基蓝在Fe0／OA／DO体系中的脱色及pH的影响

3．4 草酸浓度对Fe0／OA／DO体系中亚甲基蓝脱色的影响

3．5 Fe0膜滞留时间对Fe0／OA／DO体系中亚甲基蓝脱色的影响

3．6 ·OH清除剂对Fe0／OA／DO体系中亚甲基蓝脱色的影响

3．7 橙黄Ⅱ在Fe0／OA／DO体系中的脱色

3．8 本章小结

第4章 橙黄Ⅱ和亚甲基蓝在光助Fe0／OA／DO体系中的脱色

4．1 橙黄Ⅱ在光助Fe0／OA／DO体系中的脱色

4．2 Fe0膜滞留时间对光助Fe0／OA／DO体系中橙黄Ⅱ脱色的影响

4．3 pH对光助Fe0／OA／DO体系脱色性能的影响

4．4 草酸浓度对光助Fe0／OA／DO体系脱色性能的影响

4．5 亚甲基蓝在光助Fe0／OA／DO体系中的脱色

4．6 光辐射对Fe0／EDTA／DO体系脱色性能的影响

4．7 本章小结

第5章 光助Fe0／OA／DO体系中染料和Cr(VI)的同时脱色和还原

5．1 Cr(VI)在光助Fe0／OA／DO体系中的还原

5．2 橙黄Ⅱ与Cr(VI)的同时脱色和还原及Cr(VI)浓度的影响

5．3 亚甲基蓝与Cr(VI)的同时脱色和还原

5．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢