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随着工业的迅速发展,重金属污染已成为环境治理中的热点与难点问题。含重金属的废水广泛来源于电镀、印刷电路板、化工和印染等多种行业,具有三致效应和遗传毒性,对人体健康和生态环境造成严重的负面影响。由于乙二胺四乙酸(EDTA)、氨三乙酸(NTA)、柠檬酸、酒石酸等有机络合剂大量应用,这些行业废水中的铜、镍、铬等重金属通常以稳定的络合物形态存在。重金属络合物因结构稳定,难以被沉淀、吸附、离子交换等常规方法有效去除,是当前重金属污染控制的重点与难点。因此,发展高效络合重金属废水处理新技术是重金属工业废水治理亟待解决的问题之一。
UV/氯体系是近年来刚兴起的一种新型高级氧化技术,其同时产生的羟基自由基(HO?)和活性氯(如Cl?、ClO?)等多种强氧化性物质可去除药物、农药、嗅味物质等持久性有机物污染物,并有望实现对重金属络合物的破络。本研究以铜络合物(如Cu-EDTA、Cu-NTA、Cu-柠檬酸和Cu-酒石酸等)为目标化合物,系统研究了UV/氯高级氧化去除重金属络合物的特性与机理。研究表明,反应15min,UV/氯可实现Cu-EDTA的完全去除,且Cu-EDTA降解呈两阶段动力学;反应60min剩余的Cu低于1mg/L,效果远高于单一紫外照射或单一氯氧化过程。氯投量的增加促进了Cu-EDTA的降解和Cu的去除;溶液初始pH的降低可以加速Cu-EDTA的破络和降解,但不利于Cu的去除;共存的硫酸根、硝酸根和NOM对Cu去除表现出一定的抑制作用。此外,UV/氯对Cu-NTA、Cu-柠檬酸和Cu-酒石酸等其他Cu络合物和实际电镀废水的铜络合物具有良好的去除效果,在氯投量与初始Cu摩尔比为60-150的范围内,剩余Cu低于1mg/L。
伴随Cu-EDTA的快速降解,氯分解速率也加快,表明Cu-EDTA的降解产物促进氯分解产生活性氧化物种。CuEDTA降解过程中检测到数μM解至数十μM的Cu(Ⅰ),其生成随pH的增加而加快,且两者之间具有良好的线性关系,表明Cu(Ⅰ)对Cu-EDTA降解和自由基的生成起到了关键作用,且是Cu-EDTA的限速步骤。Cu-EDTA的降解受Cl-增加的影响很小,可忽略Cl2?-的贡献;100mMHCO3-和叔丁醇显著抑制了Cu-EDTA的降解,表明ClO?对Cu-EDTA降解作用可忽略,HO?和Cl?是UV/氯降解Cu-EDTA主要的活性氧化物种。Cu-EDTA、NB(硝基苯)和BA(苯甲酸)三者竞争动力学研究结果表明,Cl?是UV/氯的主要氧化物质,其贡献占98%,其与Cu-EDTA的反应速率高达扩散控制速率(~1010M-1·s-1)。外加Cu(Ⅰ)显著促进了BA的降解,而对NB降解的促进可忽略,表明Cu(Ⅰ)中间产物强化了UV/氯体系中Cl?的产生。游离态及络合态Cu(Ⅰ)和ClO-的UV-Vis光谱变化证实Cu(Ⅰ)与ClO-发生络合作用。利用高分辨质谱检测到Cu-EDTA降解过程中Cu(Ⅰ)-ClO络合物、氯代Cu络合产物和脱羧产物等11种关键产物,推断Cu-EDTA降解是由Cu(Ⅱ)/Cu(Ⅰ)氧化还原循环调控的脱羧过程,而且由LMCT(配体与金属之间的电子转移)和MLCT(金属与配体之间的电子转移)参与的Cu(Ⅱ)/Cu(Ⅰ)氧化还原循环过程强化了Cl?还的产生,从而自强化了Cu-EDTA的降解。
UV/氯体系是近年来刚兴起的一种新型高级氧化技术,其同时产生的羟基自由基(HO?)和活性氯(如Cl?、ClO?)等多种强氧化性物质可去除药物、农药、嗅味物质等持久性有机物污染物,并有望实现对重金属络合物的破络。本研究以铜络合物(如Cu-EDTA、Cu-NTA、Cu-柠檬酸和Cu-酒石酸等)为目标化合物,系统研究了UV/氯高级氧化去除重金属络合物的特性与机理。研究表明,反应15min,UV/氯可实现Cu-EDTA的完全去除,且Cu-EDTA降解呈两阶段动力学;反应60min剩余的Cu低于1mg/L,效果远高于单一紫外照射或单一氯氧化过程。氯投量的增加促进了Cu-EDTA的降解和Cu的去除;溶液初始pH的降低可以加速Cu-EDTA的破络和降解,但不利于Cu的去除;共存的硫酸根、硝酸根和NOM对Cu去除表现出一定的抑制作用。此外,UV/氯对Cu-NTA、Cu-柠檬酸和Cu-酒石酸等其他Cu络合物和实际电镀废水的铜络合物具有良好的去除效果,在氯投量与初始Cu摩尔比为60-150的范围内,剩余Cu低于1mg/L。
伴随Cu-EDTA的快速降解,氯分解速率也加快,表明Cu-EDTA的降解产物促进氯分解产生活性氧化物种。CuEDTA降解过程中检测到数μM解至数十μM的Cu(Ⅰ),其生成随pH的增加而加快,且两者之间具有良好的线性关系,表明Cu(Ⅰ)对Cu-EDTA降解和自由基的生成起到了关键作用,且是Cu-EDTA的限速步骤。Cu-EDTA的降解受Cl-增加的影响很小,可忽略Cl2?-的贡献;100mMHCO3-和叔丁醇显著抑制了Cu-EDTA的降解,表明ClO?对Cu-EDTA降解作用可忽略,HO?和Cl?是UV/氯降解Cu-EDTA主要的活性氧化物种。Cu-EDTA、NB(硝基苯)和BA(苯甲酸)三者竞争动力学研究结果表明,Cl?是UV/氯的主要氧化物质,其贡献占98%,其与Cu-EDTA的反应速率高达扩散控制速率(~1010M-1·s-1)。外加Cu(Ⅰ)显著促进了BA的降解,而对NB降解的促进可忽略,表明Cu(Ⅰ)中间产物强化了UV/氯体系中Cl?的产生。游离态及络合态Cu(Ⅰ)和ClO-的UV-Vis光谱变化证实Cu(Ⅰ)与ClO-发生络合作用。利用高分辨质谱检测到Cu-EDTA降解过程中Cu(Ⅰ)-ClO络合物、氯代Cu络合产物和脱羧产物等11种关键产物,推断Cu-EDTA降解是由Cu(Ⅱ)/Cu(Ⅰ)氧化还原循环调控的脱羧过程,而且由LMCT(配体与金属之间的电子转移)和MLCT(金属与配体之间的电子转移)参与的Cu(Ⅱ)/Cu(Ⅰ)氧化还原循环过程强化了Cl?还的产生,从而自强化了Cu-EDTA的降解。