新型異相Fenton系統(tǒng)構(gòu)建及其增強(qiáng)有機(jī)污染物降解性能研究.pdf

1、近年來，工業(yè)的快速發(fā)展使人們的生活變得更加便利，同時(shí)也使我們賴以生存的自然環(huán)境受到嚴(yán)重污染。例如，工業(yè)廢水、生活污水和農(nóng)業(yè)廢水等的排放給我國水環(huán)境造成重大威脅。因此，探索水污染有效治理新方法成為環(huán)境科學(xué)家們的研究熱點(diǎn)。在眾多的環(huán)境治理方法中，F(xiàn)enton氧化法作為一種高級(jí)氧化技術(shù)，因其能夠產(chǎn)生非選擇性氧化劑（羥基自由基）而備受關(guān)注。然而，傳統(tǒng)Fenton體系對(duì)反應(yīng)條件要求苛刻，且反應(yīng)過程中會(huì)形成鐵泥而導(dǎo)致實(shí)際處理廢水過程中成本過高、操作

2、手段復(fù)雜等。為此，在水污染日趨嚴(yán)重的今天，我們需要開發(fā)更加高效的Fenton技術(shù)，并將其用于水污染控制。
　　異相Fenton技術(shù)是指利用固相含鐵材料作為Fenton試劑降解有機(jī)污染物，由于其催化過程主要發(fā)生在固-液兩相界面，對(duì)體系中亞鐵離子濃度需求較低，從而避免產(chǎn)生鐵泥。同時(shí)，異相Fenton體系中雙氧水利用率也遠(yuǎn)高于均相Fenton體系。更為重要的是合適的異相Fenton試劑還可以實(shí)現(xiàn)中性條件下高效降解污染物。目前應(yīng)用于異相F

3、enton試劑的材料主要包括鐵氧化物、羥基氧化鐵、鐵離子負(fù)載型材料等。鐵是自然界豐度為四的過渡金屬元素，利用環(huán)境友好的鐵基材料作為異相Fenton試劑高效降解有機(jī)污染物是目前水污染控制技術(shù)的研究熱點(diǎn)。
　　本文嘗試?yán)铆h(huán)境友好的鐵基材料（例如零價(jià)鐵，黃鐵礦，四硫化三鐵等）作為異相Fenton試劑，研究其降解典型環(huán)境有機(jī)污染物的機(jī)理;同時(shí)，根據(jù)上述材料的特性，構(gòu)建基于分子氧活化技術(shù)的新型多相Fenton體系;并深入探討不同體系在常溫

4、常壓下活化分子氧的途徑、貢獻(xiàn)以及Fenton反應(yīng)高效降解污染物的增強(qiáng)機(jī)制。本論文具體研究內(nèi)容如下:
　　1、我們構(gòu)建了一個(gè)Fe(Ⅱ)/Fe@Fe2O3/Air增強(qiáng)型分子氧活化體系，研究西瑪津在該體系的降解機(jī)理。系列實(shí)驗(yàn)表明，該體系增強(qiáng)分子氧活化的機(jī)制是外加亞鐵離子可以提供足夠多的可溶性亞鐵離子并形成表面吸附態(tài)亞鐵離子。高濃度的表面吸附態(tài)亞鐵離子不僅促進(jìn)單電子活化分子氧產(chǎn)生超氧負(fù)離子和雙氧水，還有利于表面羥基自由基的生成，進(jìn)而提高降

5、解西瑪津的效率。此外，通過聯(lián)吡啶抑制實(shí)驗(yàn)和對(duì)活性氧物種的定量分析，我們發(fā)現(xiàn)在Fe@Fe2O3/Air體系中，單電子和雙電子活化分子氧的貢獻(xiàn)分別為60％和40％。這些有趣的發(fā)現(xiàn)幫助我們更深入認(rèn)識(shí)零價(jià)鐵活化分子氧及其氧化降解有機(jī)污染物的機(jī)理。
　　2、我們研究了水熱法合成的FeS2催化雙氧水降解甲草胺的性能，并考察了水熱合成的FeS2與商品化黃鐵礦的活性區(qū)別及詳細(xì)機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，syn-FeS2表面存在更多的吸附態(tài)亞鐵離子，高濃度

6、的表面吸附態(tài)亞鐵離子有利于單電子活化分子氧產(chǎn)生超氧負(fù)離子。這些生成的超氧負(fù)離子可以實(shí)現(xiàn)syn-FeS2表面的Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)循環(huán)，促進(jìn)Fenton反應(yīng)產(chǎn)生更多羥基自由基及提高甲草胺降解和礦化效率。以上這些發(fā)現(xiàn)，有利于我們深入理解FeS2礦物作為異相Fenton試劑降解環(huán)境有機(jī)污染物的機(jī)理及它在自然界中的分子氧活化過程。
　　3、我們利用溶劑熱法一步合成了磁性Fe3S4納米片，并研究其作為異相Fenton試劑去除洛克沙胂的機(jī)理

7、。研究發(fā)現(xiàn)，單一的Fe3S4雖然可以還原洛克沙胂的硝基至氨基，但不能實(shí)現(xiàn)有機(jī)胂的最終去除。向Fe3S4中加入雙氧水，不僅可以促進(jìn)上述還原過程，而且還有利于洛克沙胂的礦化及無機(jī)砷的固定化。同時(shí)， Fe3S4具有良好的磁性及穩(wěn)定性，能在異相Fenton反應(yīng)后回收利用，且具有較高的循環(huán)能力。這些發(fā)現(xiàn)有助于我們更加深入的理解磁性硫鐵礦與自然界中有機(jī)物相互作用的過程及其作為異相Fenton試劑用于有機(jī)污染物降解的機(jī)理。
　　4、我們利用泡沫

8、鎳作為粒子電極構(gòu)建了一種新型的中性三維電-Fenton體系，并將其用于羅丹明B模擬廢水的處理。結(jié)果表明，三維電-Fenton體系降解羅丹明B的效率遠(yuǎn)高于單一的三維電極和電-Fenton體系，其降解效率依賴于反應(yīng)過程中溶液的pH值、外加偏壓和初始亞鐵離子濃度。定性及定量分析不同體系中的活性氧物種，我們發(fā)現(xiàn)三維電-Fenton體系高效降解羅丹明B的機(jī)理是泡沫鎳粒子電極經(jīng)單電子活化分子氧途徑產(chǎn)生超氧負(fù)離子，進(jìn)而可以生成更多的雙氧水和羥基自由基