铁离子催化过碳酸钠降解水溶液中乙苯的研究

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地下水污染问题已经越来越受到人们的重视,其中苯系物(BTEX)污染是常见的地下水污染种类之一。本研究选择污染场地地下水中常见的有机污染物乙苯(EB)作为目标污染物,主要探究了Fe(Ⅱ)催化过碳酸钠(SPC)、环境友好型螯合剂S,S-乙二胺-N,N-二琥珀酸(EDDS)螯合Fe(Ⅲ)催化SPC、抗坏血酸(AA)和盐酸羟胺(HAH)两种还原剂优化Fe(Ⅲ)催化SPC三种体系对EB的降解机制。研究内容包括各种反应物投加量(SPC、Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)、EDDS、AA和HAH)以及水质条件(溶液初始pH值、地下水中常见的阴离子和天然有机质)对EB降解的影响;探究羟基自由基(·OH)和超氧自由基(O2-·)在各反应体系中的产生状况及对EB降解的贡献程度;检测EB的降解产物并分析推导其降解路径。具体研究结论如下:  (1) SPC在水中的溶解试验表明H2O2在水中的释放速率随搅拌速度和SPC浓度的升高而提高,溶液的初始pH值对H2O2的释放速率无影响。Fe(Ⅱ)催化SPC体系可以有效降解水溶液中EB,当SPC和Fe(Ⅱ)浓度均为12 mM时,反应20 min后,初始浓度为1.0 mM的EB去除率可达100%。SPC和Fe(Ⅱ)过量或不足均不利于EB降解。地下水中SO42-、NO3-的存在对EB降解无影响,而Cl-、HCO3-和腐殖酸(HA)对EB降解均有不同程度的抑制,且浓度越高抑制作用越明显。  (2) SPC/Fe(Ⅲ)体系中EDDS的加入可以明显提高EB的降解效率,EB在SPC/EDDS-Fe(Ⅲ)体系中的降解符合准二级反应动力学。EDDS与Fe(Ⅲ)最佳摩尔比为1∶2。溶液中HCO3-和HA的存在会抑制EB的降解,HCO3-对EB的抑制作用随浓度的增加而增强,而HA的浓度升高到一定程度时不再进一步抑制EB的降解。溶液初始pH值过高或过低均会抑制EB在SPC/Fe(Ⅲ)体系中的降解;当不调节溶液初始pH值时,反应终点pH值接近中性,这一优点将有利于该体系用于实际地下水污染修复治理。  (3)还原剂可以促进Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)的循环,在SPC/Fe(Ⅲ)体系中加入还原剂可以明显提高EB的降解效率。AA与Fe(Ⅲ)最佳摩尔比为1∶2,而高浓度的HAH不会抑制EB的降解。在SPC/Fe(Ⅱ)、SPC/AA/Fe(Ⅲ)和SPC/HAH/Fe(Ⅲ)三种体系中EB的降解均随溶液初始pH值的升高而降低,其中SPC/HAH/Fe(Ⅲ)体系受溶液pH值的影响最大。溶液中存在的HCO3-会抑制EB的降解。  (4)化学探针试验、电子顺磁共振检测以及自由基清扫试验表明,SPC/Fe(Ⅱ)、SPC/EDDS-Fe(Ⅲ)及SPC/还原剂/Fe(Ⅲ)三种体系中均有·OH和O2-·产生,而·OH对EB的降解起主要作用。·OH对EB的降解主要通过攻击苯环和攻击苯环上的乙基两种方式来完成。
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