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热活化过硫酸盐降解罗丹明B的研究(2)

时间:2019-05-25 20:49来源:毕业论文
高级氧化技术(AOPs)能够去除水体中包括RhB及相关氧杂蒽染料的污染,是一种很有效的技术。传统的AOPs是基于具有高度氧化性的氢氧根自由基(OH),比


高级氧化技术(AOPs)能够去除水体中包括RhB及相关氧杂蒽染料的污染,是一种很有效的技术。传统的AOPs是基于具有高度氧化性的氢氧根自由基(•OH),比如芬顿反应(Fe/H2O2),电芬顿反应,UV/ H2O2,O3/ H2O2都在污水处理和污染物控制上得到广泛应用[3,4]。近年来,基于硫酸根自由基的高级氧化技术(SO4•--AOPs)获得越来越多的关注。SO4•-可以通过过硫酸盐(PS)、过硫酸氢盐(PMS)活化产生,过硫酸盐在水中电离产生过硫酸根离子 S2 O28 - ,其标准氧化还原电位 E0 达+2.01V ,接近于臭氧(E0 = +2.07V),大于高锰酸根(E0 = +1.68V ) 和过氧化氢(E0 = +1.70V)。其分子中含有过氧基(—O —O —),是一类较强的氧化剂。在常温条件下较低的反应速率,过硫酸盐对有机物的氧化一般效果不显著。但是在热、光(紫外线 UV)、过渡金属离子(M n + ,M =Fe2+ 、Ag + 、Ce2 + 、Co2 +等)等条件的激发下,过硫酸盐活化分解为硫酸根自由基•SO4-。•SO4- 中有一个孤对电子,其氧化还原电位 E0= +2.6V ,远高于S2O82 -(E0 =+2.01V),接近于羟基自由基•OH(E= +2.8V),具有较高的氧化能力,理论上可以降解大多数有机污染物,将其矿化为CO2和无机酸[5]。
SO4•-与有机化合物反应的二级速率常数为106到109 M-1•S-1[6]。与•OH相比,SO4•-具有更高的选择性。SO4•-与有机物的反应机制主要是电子转移[6],这种特性使得SO4•-不易被非目标的水体成份消耗,从而增加了SO4•-在水中的稳态浓度。在修复地表水和土壤污染物方面,基于SO4•-的AOPs成为一种新型的原位化学氧化技术(ISCO)[7]。
热活化是指均裂SO4•-前驱体PS中的过氧键可产生SO4•-,从而实现对污染物的氧化[7]。与其他活化方式相比,热活化具有一系列优势。比如,热活化不需要另外添加化学物质,避免了与活化剂预混合时带来的PS消耗[7]。另外,由于SO4•-具有较高的化学稳定性,在猝灭前可以通过较长的距离,由水层被传递至污染物层[24]。热活化操作简单,效率高,也常被用来研究SO4•-与各种污染物的反应机制[25]。在实际应用中,热活化经常与原位热修复(ISTR)技术联合使用[7]。但是,如果想要成功应用热活化PS氧化技术,需要确定其最优的实验参数。例如,提高温度可以促进PS的分解和污染物的氧化,从而缩短修复时间。但是,较高的温度增加了运行成本,还可能导致发生自由基与自由基之间的反应,削弱自由基对污染物之间的氧化作用,反而会降低反应效率[15]。此外,在水处理过程中可能遇到多种自然水体成份,这都可能影响反应的进行,但是以前的研究并没有对此给出很好的解释和证明。
本研究中,我们尝试采用热活化PS来降解水溶液中的RhB。研究的初衷在于探索一种可行的方法,用来清除水体中RhB及相关氧杂蒽染料的污染。为了探究温度、PS浓度、pH我们进行了一系列的动力学研究。为了解释不同pH条件下RhB降解速率出现差异的原因,我们对反应体系中的自由基种类进行鉴定。
1  材料与方法
1.1    试剂与材料
     过氧化钠(Na2S2O8),纯度99.5%,购自阿拉丁化学试剂有限公司(中国上海);罗丹明B(RhB,C28H31ClN2O3,≥ 99.8%),乙醇(EtOH),叔丁醇(t-BuOH,TBA)购自Sigma-Aldrich (St, Louis,MO)。所有母液制备都是将化学试剂直接溶于Milli-Q 水(18 MΩ cm)中,且使用时间不超过一周。
1.2 实验方法
动力学反应是在33 mL的圆柱玻璃瓶中进行,将其放置在聚四氟乙烯隔板上,置于事先设置好温度(20~60 oC)的恒温水浴槽(南京先欧仪器制造有限公司)中。温度范围的选择参照之前的研究报道[18-20]。在热活化开始之前,移取适量的RhB母液(20 μM)和PS母液(2mM)进入玻璃瓶,将RhB与PS按预定的摩尔比例配制成20 mL反应液。空白对照试验中不加入PS,其他条件与上面一致。用0.01 M H2SO4或NaOH将反应液的初始pH调到需要的值。为了避免添加的试剂与SO4•-发生反应,实验中不使用缓冲液。在特定的时间间隔内,移取适合反应液到石英比色皿中,立即使用紫外分光光度计测定吸光度Abs。预实验已测得罗丹明B的实际最大吸收波长为556nm。所有反应都进行了重复实验,数据为两次实验结果取平均。除非另作说明,数据标准差一般都在5 ~ 10%之内。 热活化过硫酸盐降解罗丹明B的研究(2):http://www.751com.cn/shengwu/lunwen_33790.html
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