铁卟啉配合物/过硫酸盐催化降解双酚A的研究

• 作 者: 王安琪
• 出 处: 华中科技大学
• 发表日期: 2020年03期
• 关键词: 过硫酸盐 自由基 铁卟啉 叶绿素铁钠盐 双酚A

当今水污染问题日趋严重,水中检测到的难降解有机物越来越多,水污染治理迫在眉睫。过硫酸盐（PS）高级氧化技术因反应速率快、降解效率高成为近年来的研究热点,且过一硫酸盐（PMS）和过二硫酸盐（PDS）具有无污染、稳定、易贮存等优点。叶绿素铁钠盐（SFC）属于过渡金属卟啉类化合物,能够与过硫酸盐等氧化剂作用,产生具有氧化活性的基团或中间体,这些活性物质对污染物具有较好的降解效果。本论文将铁卟啉配合物应用于过硫酸盐高级氧化技术中,将SFC具有的铁卟啉仿生催化氧化活性与PS的结构性质相结合,探究SFC/PS体系降解有机污染物的效果。并以双酚A（BPA）为目标污染物,研究SFC/PMS体系降解BPA的作用机理,分析SFC/PMS活化过程、BPA的降解路径以及沉淀产物的循环利用性。（1）SFC/PDS体系降解MB和BPA效果研究分别选择亚甲基蓝和双酚A作为目标污染物,研究SFC/PDS体系对其降解效果。结果表明SFC/PDS体系降解亚甲基蓝的效果较理想,受SFC和PDS浓度等因素影响。当反应条件为pH 7,搅拌速度120 r/min,SFC浓度50μM,PDS浓度250μM时,MB的5 min降解率为79.5%,60 min降解率为80.4%。而SFC/PDS体系对难降解污染物BPA的作用不明显。当反应条件pH 7,搅拌速度120 r/min,SFC浓度60μM,PDS浓度300μM时,BPA的3h降解率约10%。（2）SFC/PMS体系降解BPA的效果研究SFC/PMS体系对BPA的降解效果受SFC和PMS浓度、溶液初始pH、无机阴离子浓度等因素影响。当BPA/SFC/PMS摩尔比1:1:3,pH为7,BPA的60 min降解率达到99.2%。BPA在pH=3-11范围内均有较好的降解效果,尤其是pH为3或11时,这克服了传统Fe²⁺/PMS体系中pH适应范围较窄的缺陷。NO₃^-,SO₄^2-和Cl^-对降解效果略有抑制,而HCO₃^-和CO₃^2-有促进作用,CO₃^2-促进最明显。SFC/PMS降解BPA效果明显优于SFC/PDS、Fe²⁺/PMS、Fe²⁺/PDS、SMC/PMS和SCC/PMS等体系。在SFC/PMS体系中测定PMS、SFC、Fe²⁺和总铁浓度,得知酸性条件下PMS总消耗量大于碱性条件,SFC剩余浓度随pH的减小而减少,另外溶液中存在Fe²⁺和Fe³⁺浓度较低,表明SFC中的铁主要不是以离子态存在。（3）SFC/PMS体系降解BPA的机理研究自由基清除实验和EPR测试的结果表明体系中对BPA降解起作用的活性基团主要有单线态氧（¹O₂）和高价铁卟啉活性基团,PMS中O-O键极大可能发生异裂,将SFC氧化生成por^·+-Fe（IV）=O。LC-MS的检测结果表明BPA可能通过多种反应路径生成C₁₄H₁₄O,C₁₄H₁₄O₂,C₈H₈O,C₉H₁₂或C₉H₁₀等产物。反应后的沉淀产物主要成分仍为铁卟啉配合物,自身不能降解BPA,外加PMS时能够有限次循环利用。