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咔唑是一种具有代表性的含氮杂环芳香烃化合物,生物难降解,天然存在于石油、煤等化石燃料中。咔唑及其衍生物作为有机原料常应用于光电材料、医药、农药、染料和树脂等工业合成领域。伴随石油煤炭工业发展和咔唑及其衍生物的工业应用,咔唑污染日益严重。烷基多苷(AGP)是一种具有广阔应用前景的绿色表面活性剂,现已被用于淋洗污染土壤中的石油、多环芳烃和咔唑等难降解有机污染物。AGP胶束溶液淋洗修复咔唑污染土壤过程中,不可避免会产生大量增溶了咔唑的淋洗废液,这些淋洗废液若不经有效处理而直接排放,将会对自然环境产生二次污染。为此,本文开展了US强化O3和Fenton试剂降解AGP1214增溶体系中咔唑的实验研究,着重探讨了超声强化对AGP1214增溶体系及降解咔唑的影响。主要研究结论如下:
(1)超声波作用可显著提高O3氧化APG1214增溶咔唑胶束体系的羟基自由基·OH产生量,在20-80W的功率范围内,超声功率与羟基自由基·OH产生量呈显著负相关性,20W最多,40W次之,80W最少。
(2)AGP1214胶体体系的稳定性和胶束结构影响对咔唑的增溶。在US/O3氧化体系中,超声波破坏AGP1214胶体体系稳定性,且功率越大作用时间越长,破坏越强。超声波作用功率和作用时间都显著影响AGP1214胶束的形态结构。20W超声会使胶束粒径显著增大,40W超声会使胶束粒径显著减少且发生团聚,形成胶束聚集体,80W超声会使胶束囊泡破裂。20W超声波作用时间为5-15min时,作用时间越长,胶束粒径越大:25min时,胶束重组为较小的胶束。
(3)在US/O3氧化体系中,超声波通过增加羟基自由基·OH生成量、破坏APG1214胶体体系稳定性以及改变APG1214胶束结构三种方式来影响咔唑降解。20W超声波作用10min,超声波的强化效果最明显,O3氧化降解AGP1214增溶体系中咔唑的效率达到58%,比单独O3氧化的49%提高了9%。作用30min,O3氧化降解AGP1214增溶体系中咔唑的效率可达到69%,相对于单独使用O3氧化降解了65%提高了4%。
(4)在APG1214增溶体系中,20W超声波辐射不能提高Fenton氧化降解咔唑效率,但40W和80W超声辐射能有效提高Fenton氧化降解咔唑效率,且80W超声强化效果更好。80W超声功率下反应30min咔唑降解达到48%,反应180min达到90%,比相同条件下单独Fenton氧化反应30min降解30%,反应180min降解76%,分别提高了18%和14%。改变Fe2SO4·7H2O、H2O2添加量,以及反应液初始pH值都会显著影响咔唑降解率。在超声辐射功率为80W、Fe2SO4·7H2O添加量为0.35g/L、30%H2O2添加量为1.5ml/L和初始pH值为9时,反应条件最优,反应30min的咔唑的降解率达到71%,反应180min的降解率达到98%。
(5)无超声波单独O3氧化、单独Fenton氧化,以及超声波强化O3氧化和超声波强化Fenton氧化降解.APG1214增溶体系中的咔唑时,咔唑的降解过程均符合二级动力学方程。但超声能提高反应的二级动力学常数,20W超声强化下O3氧化降解咔唑的反应常数k2(US/O3)=0.0299比相同条件下单独使用O3氧化反应常数k2(O3)=0.0202提高了0.0097;而80W超声强化Fenton氧化降解咔唑的反应常数k2(US/Fenton)=0.0026比相同条件下单独使用Fenton氧化的反应常数幻k2(Fenton)=0.0013提高了0.0013。