过硫酸盐高级氧化技术降解对硝基苯酚的研究

摘要

过硫酸盐（S2O82-）具有稳定性好、溶解度高和较宽的pH应用范围等优点。通过热、紫外和过渡金属离子等激发，S2O82-可产生强氧化剂硫酸根自由基（SO4），而SO4的高级氧化技术成为近年来应用于地下水和土壤修复中最具潜力的高级氧化技术之一。热和微波能够有效激发S2O82-快速降解废水中的难降解有机物，而过渡金属离子活化S2O82-产生SO4的效率相对较低。因此，本文选用对硝基苯酚(PNP)为目标污染物，较系统地研究了传统的热激发、传统的热—金属离子联用、微波—金属离子联用三种活化方式活化过硫酸盐降解PNP的效果。
　　在传统的热激发过硫酸盐降解PNP的研究中，分别考察了过硫酸盐浓度、温度、初始pH对PNP降解效率的影响，并探讨了热激发过硫酸盐降解PNP的机理。研究结果表明：热激发过硫酸钠降解PNP具有较宽的pH应用范围，增大溶液中过硫酸钠浓度、提高反应温度能够显著提高PNP的降解率和降解速率。当过硫酸钠浓度为30mM，反应溶液初始pH为3时，100mgL-1的PNP反应180min后，降解率可达100％。在25℃,50℃,70℃及90℃条件下PNP降解速率常数k分别为0.00003,0.0015,0.0276和0.2942min-1。通过高效液相色谱(HPLC)及质谱(MS)技术对中间产物进行检测，发现PNP降解过程中生成了2,4-二硝基苯酚，4-羟基-2’,3,4’-三硝基联苯，对苯醌，苯酚和顺丁烯二酸等中间产物。
　　在传统的热—金属离子共同激发过硫酸盐降解PNP的研究中，探讨了不同温度、不同金属离子种类(Fe2+和Cu2+)及它们的浓度等因素对PNP降解效率的影响。研究结果表明：室温下，Fe2+和Cu2+都能够激发过硫酸钠产生SO4降解PNP，Fe2+激发过硫酸钠降解PNP具有更高的降解率。金属离子存在的体系中，随着温度的升高PNP降解率和降解速率明显提高，在低温条件下(50℃)，热和金属离子的共同激发作用促进PNP的降解，但温度升高到70或90℃时，水浴加热—金属离子共同激发的促进作用越来越弱。研究结果表明，Fe2+对SO4的猝灭作用和金属离子与PNP降解形成沉淀成为高温下阻碍PNP降解的主要因素。
　　在微波—金属离子共同激发过硫酸盐降解PNP的研究中，探讨了微波条件下不同温度和金属离子(Fe2+和Cu2+)不同初始浓度等因素对PNP降解效率的影响。研究结果表明：微波具有降低反应活化能、加快反应速率、缩短反应时间等优点，相比水浴加热条件，PNP在50℃,70℃,90℃时降解速率分别提高了1.5倍、2.9倍和1.8倍，PNP活化能降低了约4kJmol-1。与水浴加热—金属离子共同激发相同，在微波辅助加热体系中，Fe2+对SO4的猝灭作用和沉淀的形成仍然是阻碍PNP降解的主要因素。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1引言

1.2经典的高级氧化技术

1.3基于硫酸根自由基的高级氧化技术

1.4本文的研究内容及意义

2 水浴加热激发过硫酸盐降解对硝基苯酚

2.1引言

2.2实验部分

2.3结果与讨论

2.4本章小结

3 水浴加热—金属离子共同激发过硫酸盐降解对硝基苯酚

3.1引言

3.2实验部分

3.3结果与讨论

3.4本章小结

4 微波—金属离子共同激发过硫酸钠降解对硝基苯酚

4.1引言

4.2实验部分

4.3结果与讨论

4.4本章小结

5 总结与展望

5.1研究结论

5.2本研究的创新点

5.3研究展望

致谢

参考文献