無過二硫酸鹽投加的類電Fenton體系及其性能研究.pdf

1、Fenton技術(shù)是高級氧化技術(shù)(Advanced oxidation processes，AOPs)的一個重要分支。由H2O2經(jīng)Fe2+催化后產(chǎn)生活性極強的羥基自由基(·OH，E0=+2.33V～2.8V)，可使水體中的難降解的有機物大分子逐步氧化降解成低毒或無毒的小分子物質(zhì)，甚至直接降解成CO2、H2O，在難降解污染物的去除中備受矚目。然而傳統(tǒng)Fenton技術(shù)因催化劑Fe2+的浪費和最終鐵泥的處理問題在使其在應(yīng)用上受到限制。電Fent

2、on技術(shù)在傳統(tǒng)Fenton技術(shù)的基礎(chǔ)上融入電氧化，電Fenton體系可以通過陰極還原作用使Fe2+獲得還原再生，進而通過控制pH等條件避免鐵泥的產(chǎn)生及后續(xù)處理問題。
　　過渡金屬離子（Fe2+、Co2+和Ag+等）與過二硫酸鹽(PS，S2O82-)反應(yīng)，生成硫酸根自由基（SO4·-，E0=+2.6V～3.1V），是最新發(fā)展的類Fenton反應(yīng)。因SO4·-相較·OH壽命更長（前者30～40μs，后者20ns）、氧化能力更強，在難降

3、解污染物的去除上更有優(yōu)勢。將基于SO4·-的類Fenton反應(yīng)與電Fenton技術(shù)結(jié)合，就形成了基于SO4·-的類電Fenton技術(shù)。
　　由于PS可通過SO42-電化學(xué)制備而得，經(jīng)活化后產(chǎn)生的SO4·-與污染物反應(yīng)后又再次以SO42-形式回到反應(yīng)中。本文以反應(yīng)中SO42-→SO4·-→SO42-為切入點，將SO4·-的電化學(xué)原位生成與基于SO4·-的類電Fenton技術(shù)結(jié)合，旨在建立一種新型基于SO4·-的類電Fenton體系（

4、電/Fe3+/SO42-體系）。該新型體系中可以完成PS的原位生成、催化和再生，體系中的催化劑Fe2+由Fe3+通過陰極還原再生而得。因此，本文分別對低濃度PS的檢測、電化學(xué)生成PS的性能參數(shù)進行研究，并以典型偶氮染料活性黑5(RB5)和典型惡臭氣體一甲胺(MA)為模型液相、氣相污染物，對整個體系降解污染物的性能進行驗證。具體研究內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　(1)低濃度PS檢測方法的建立。由于本文中PS的電化學(xué)生成，不以高濃度析出為目的

5、，而是在于SO42-和S2O82-在體系中的循環(huán)轉(zhuǎn)化。因此體系中PS的濃度偏低，需要有一種檢測＜1 mmol/L PS的方法。本文通過對(0～1.5 mmol/L)的PS進行微波活化，產(chǎn)生氧化性更強的SO4·-，并以此對染料亞甲基藍(MB)進行脫色降解。利用MB容易被氧化劑氧化而發(fā)生脫色反應(yīng)這一特點，間接探究MB脫色程度與PS之間的關(guān)系。在微波活化的條件下，該脫色反應(yīng)在1min內(nèi)即可達到反應(yīng)終點;反應(yīng)進程不受溶液pH的影響;不同濃度的P

6、S造成對MB的脫色差異，隨MB濃度的增高而減小;PS濃度與MB脫色程度呈線性相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.997。
　　(2) PS的電化學(xué)生成參數(shù)優(yōu)化研究。SO42-可在電化學(xué)作用下，在陽極被氧化生成PS。研究了PS生成量與電解質(zhì)組成、電流密度以及電解槽類型之間的關(guān)系。結(jié)果顯示:在同一SO42-濃度下，PS的生成量隨H2SO4/(NH4)2SO4摩爾比的減小而增大;PS的生成量也隨著實驗中的電流密度的增大而增大;對比單雙槽電解生成PS實驗

7、，單槽中的生成量更多、生成效率更高。
　　(3)類電Fenton體系對RB5的降解性能研究。研究了RB5在電/Fe/SO42-體系中的脫色速率與鐵離子的種類及濃度、溶液pH、RB5的投加濃度之間的關(guān)系。RB5的脫色速率隨體系中Fe2+含量的增加呈先促進后抑制趨勢;而隨著體系中Fe3+含量的增加，RB5的脫色速率總體呈促進趨勢。因此，相同背景條件下，F(xiàn)e3+比Fe2+在體系中有更好的脫色效果。在電/Fe3+/SO42-體系對RB5脫

8、色前后，溶液的pH增大;RB5的投加濃度與其脫色程度呈一級動力學(xué)關(guān)系，隨著RB5投加濃度的增大，脫色速率逐漸降低;在多次投加RB5后，電/Fe3+/SO42-體系對RB5的脫色效果不會降低反而增加，說明體系的循環(huán)使用更有利于對RB5的降解;電/Fe3+/SO42-體系在200min內(nèi)，實現(xiàn)了對RB583％的礦化率。隨后通過對電/Fe3+/SO42-體系中活性物種的鑒定以及RB5脫色過程中中間產(chǎn)物的測定，對RB5的脫色路徑進行了推理。