Fe2+/H2O2体系降解MB机制及影响因素研究

以亚甲基蓝（MB）作为目标污染物，实验研究了Fe²⁺/H₂O₂体系降解MB的活性物质，明确了主要反应条件对MB降解的影响特性。结果表明：HO₂?没有直接降解MB的能力；Fe²⁺/H₂O₂体系对MB的降解能力主要来自于?OH；Fe²⁺/H₂O₂体系降解MB可分为快速反应阶段和匀速反应阶段。快速反应阶段的MB降解率随温度升高而下降。体系对MB降解能力随H₂O₂初始浓度增加呈现先升高后减弱的趋势，本实验条件下，最佳H₂O₂初始浓度为5 mmol·L^-1。体系对MB降解能力随Fe²⁺初始浓度的增加而单调增加。MB降解速率随MB初始浓度的增加而增加，但MB降解率随其初始浓度呈现先增大后减小的趋势。保证?OH生成速率及其有效利用是提高体系氧化能力及H₂O₂利用率的关键。     

Fe2+/H2O2体系O2生成路径

掌握Fe²⁺/H₂O₂体系O₂的生成路径,可为避免H₂O₂无效分解,开发经济高效的Fe²⁺/H₂O₂体系利用技术指明方向。采用添加自由基捕获剂的方法,探究Fe²⁺/H₂O₂体系内各种自由基对O₂生成速率的影响,进而确定O₂的生成路径。结果表明:Fe²⁺/H₂O₂体系内不会产生大量O₂^-·,O₂^-·不是生成O₂的主要反应物质;O₂^-·被全部捕获后,体系中仍产生大量O₂^-·,但此时无O₂生成,证明生成O₂的反应由·OH和HO₂·两种自由基直接参与。分析认为反应·OH+HO₂·-H₂O+O₂是体系内O₂生成的主要路径。控制Fe²⁺/H₂O₂体系定向生成·OH,抑制HO₂·的产生,是提高Fe²⁺/H₂O₂体系中H₂O₂利用率的有效手段。     

Cu/Al_2O_3催化剂用于H_2O_2分解生成羟基自由基的效率

非均相Fenton催化反应是降解废水中有机污染物的有效方法。提高H_2O_2分解生成羟基自由基(·OH)的利用率是提升废水处理效率、降低成本的关键。使用溶胶-凝胶法制备了Cu/Al_2O_3催化剂,基于·OH的生成效率,通过单因素实验发现反应温度、反应溶液pH及H_2O_2初始浓度是决定H_2O_2利用率的主要因素。通过响应面法进行实验设计,分析响应面方程,考察了H_2O_2初始浓度、溶液pH及反应温度三个因素之间的交互作用及其对反应过程的影响。以H_2O_2利用率的最大化为目标优化反应条件,当H_2O_2初始浓度、溶液pH及反应温度分别为707mg·L~(-1)、5.12及59.4℃时,H_2O_2利用率可高达0.57,与实验结果相对误差仅为3.5%。所得结果对降低废水处理成本、提高降解效率具有重要的指导作用。     

Fe(II)/H2O2体系氧化NO主要活性物质及自由基无效消耗路径

H₂O₂利用率低是Fe （Ⅱ）/H₂O₂氧化体系应用的瓶颈,自由基无效消耗是H₂O₂利用率低的主要原因之一。本文以烟气中NO氧化为技术背景,实验研究了Fe （Ⅱ）/H₂O₂体系内H₂O₂及各种自由基在氧化NO中的作用及自由基无效消耗路径。结果表明：H₂O₂直接氧化NO能力很弱;虽然·OH及HO₂·均可以氧化NO,但·OH的氧化作用大于HO₂·。氧化NO同时,绝大多数·OH及HO₂·通过两者的快速复合反应而无效消耗,严重影响了H₂O₂利用率。因此,使用Fe （Ⅱ）/H₂O₂体系降解污染物过程中,应尽量避免·OH及HO₂·两种自由基同时大量存在。     

不同尺寸反应器内H2O2热分解氧化NO特性与氧化产物分析

采用实验方法研究了不同尺寸滴管炉反应器内H₂O₂热分解氧化NO特性。对比了不同H₂O₂蒸发条件对NO氧化率的影响规律。分析了气体温度、H₂O₂溶液浓度、H₂O₂：NO摩尔比、NO初始浓度及气体流量对NO氧化率的影响。检测了氧化产物并分析了产物的生成路径。结果表明：H₂O₂的快速蒸发是其热分解氧化NO的前提。减小H₂O₂液滴尺寸或液膜厚度可加速H₂O₂蒸发与分解,提高NO氧化率,扩宽NO氧化的温度范围。保证蒸发速率可削弱H₂O₂浓度对NO氧化率的影响。当H₂O₂：NO < 10时,NO氧化率随H₂O₂：NO的增加而增加;当H₂O₂：NO>10时,NO氧化率几乎不随H₂O₂：NO变化。H₂O₂热分解对于较高浓度的NO具有更高的氧化效率。H₂O₂热分解氧化NO的主要产物为NO₂。HO₂·直接将NO氧化为NO₂,·OH则先将NO转化为HONO,然后进一步氧化为NO₂。     

Fe2+/H2O2体系内各种自由基在氧化NO中的作用

Fe²⁺/H₂O₂体系可分解产生多种氧化性自由基, 主要包括O₂^-·、·OH和HO₂·。本文实验研究了O₂^-·、·OH及HO₂·在Fe²⁺/H₂O₂体系氧化NO气体过程中的作用。结果表明:在本实验条件下, O₂^-·对NO气体的氧化作用不明显;·OH及HO₂·是该体系氧化NO气体的主要活性物质, 其中·OH的氧化作用更大。加快自由基的生成速率可以增强Fe²⁺/H₂O₂体系对NO气体的氧化能力, 但O₂的生成速率同时加快。只有少量·OH及HO₂·参与NO的氧化, ·OH与HO₂·之间的快速反应是Fe²⁺/H₂O₂体系氧化NO过程中H₂O₂利用率低的主要原因。     

Plackett-Burman法筛选电-Fenton降解水中盐酸四环素的主要因素

以RuO₂-TiO₂/Ti为阳极，石墨为阴极，构建电-Fenton体系氧化降解水中盐酸四环素(TC),分别考察溶液初始pH、温度、H₂O₂投加量等因素对TC降解效果的影响及作用机理，并引入Plackett-Burman法筛选影响电-Fenton降解TC的显著单因素。结果表明：当TC浓度为100μmol/L时，各单因素试验的最佳条件为pH=3、温度为30℃、H₂O₂投加量为10 mmol/L、电流强度为0.5 A、H₂O₂/Fe²⁺摩尔比为16:1、电解质浓度为0.1 mol/L、极板间距为2.5 cm,其中溶液初始pH、电流强度与电解质浓度为该电-Fenton氧化体系下降解TC的显著单因素。     

UV/H2O2氧化联合Ca(OH)2吸收同时脱硫脱硝

在小型紫外光-鼓泡床反应器中,对UV/H₂O₂氧化联合Ca(OH)₂吸收同时脱除燃煤烟气中NO与SO₂的主要影响因素[H₂O₂浓度、紫外光辐射强度、Ca(OH)₂浓度、NO浓度、溶液温度、烟气流量以及SO₂浓度]进行了考察。采用烟气分析仪和离子色谱仪分别对尾气中的NO₂和液相阴离子作了检测分析。结果显示:在本文所有实验条件下,SO₂均能实现完全脱除。随着H₂O₂浓度、紫外光辐射强度和Ca(OH)₂浓度的增加,NO的脱除效率均呈现先大幅度增加后轻微变化的趋势。NO脱除效率随烟气流量和NO浓度的增加均有大幅度下降。随着溶液温度和SO₂浓度的增加,NO脱除效率仅有微小的下降。离子色谱分析表明,反应产物主要是SO₄^2-和NO₃^-,同时有少量的NO₂^-产生。尾气中未能检测到有害气体NO₂。     

不同物相TiO2对H2O2/O3氧化效能的影响

研究了不同物相TiO₂对H₂O₂/O₃氧化效能的影响,目标有机物为羟基自由基探针化合物乙酸。结果表明,在初始pH为7.0和10.0时,加入TiO₂反而降低了H₂O₂/O₃的氧化效率,其中锐钛矿TiO₂比金红石TiO₂的减弱作用更为明显。当初始pH为3.0时,金红石TiO₂能显著提高H₂O₂/O₃的氧化效率,但锐钛矿TiO₂影响不明显。机理分析表明,H₂O₂浓度及其衰减速率与乙酸的去除效率有很大的相关性。在pH为7.0和10.0时,两种物相TiO₂均能加快H₂O₂的分解,其中锐钛矿TiO₂作用更为显著。此条件下HO₂^-能有效引发臭氧分解产生羟基自由基,故H₂O₂过快分解反而降低了乙酸的去除效果。在pH为3.0时,H₂O₂去质子化反应困难,故O₃/H₂O₂氧化效率极低,H₂O₂浓度也几乎不变。加入TiO₂能明显提高H₂O₂的分解速率,相比金红石TiO₂,锐钛矿TiO₂使H₂O₂在5 min内基本分解完毕,但其对H₂O₂/O₃氧化效率几乎没有影响。饱和臭氧水分解速度的批处理实验也有相似的结果。由此可见,合适引发剂浓度可能是保证臭氧类高级氧化技术较高效率的关键,否则只会导致氧化剂的无效过快分解。利用氯化硝基四氮唑蓝法对比分析了酸性条件下H₂O₂/O₃、锐钛矿TiO₂/H₂O₂/O₃和金红石TiO₂/H₂O₂/O₃体系产生超氧自由基(·O₂^-)的量,其大小顺序为:H₂O₂/O₃< 金红石TiO₂/H₂O₂/O₃< 锐钛矿TiO₂/H₂O₂/O₃,这与前面结果吻合很好。     

内循环式铁碳微电解/H2O2耦合工艺处理多晶硅有机废水

针对铁碳微电解反应中填料易板结及处理效率低等问题,通过增加内循环装置改进反应器结构,同时将铁碳微电解与H₂O₂进行工艺耦合,用于处理多晶硅有机废水,考察了Fe-C投加量、初始pH值、H₂O₂投加量、反应时间等工艺条件对COD去除率的影响,并通过响应面法优化了工艺条件。结果表明,各工艺条件对多晶硅有机废水COD去除效果的影响大小为：铁碳投加量>反应时间>H₂O₂投加量>初始pH值,其最适宜工艺条件为：铁碳投加量250 g·L^-1,初始pH值2.8,H₂O₂投加量112 mL·L^-1,反应时间83 min,该反应条件下COD的去除率为71.26%。铁碳/H₂O₂降解多晶硅有机废水COD的动力学回归方程为Y=0.5273X-0.6347,降解COD的速率常数为0.527 3 min^-1。     

Simultaneous utilization of electro-generated O2 and H2 for H2O2 production: An upgrade of the Pd-catalytic electro-Fenton process for pollutants degradation

The Electro-Fenton (EF) process is one of the promising advanced oxidation processes (AOPs) for environmental remediation. The H₂O₂ yield of EF process largely determines its performance on organic pollutants degradation. Conventional Pd-catalytic EF process generates H₂O₂ via the combination reaction of anodic O₂ and cathodic H₂. However, the relatively expensive catalyst limits its application. Herein, a hybrid Pd/activated carbon (Pd/AC)-stainless steel mesh (SS) cathode (PACSS) was proposed, which enables more efficient H₂O₂ generation. It utilizes AC, the support of Pd catalyst, as part of cathode for H₂O₂ generation via 2-electron anodic O₂ reduction, and SS serve as a current distributor. Moreover, H₂O₂ could be catalytically decomposed upon AC to generate highly reactive ·OH, which avoids the use of Fe²⁺. Compared with conventional Pd catalyst, H₂O₂ concentration obtained by PACSS cathode is 248.2% higher, the O₂ utilization efficiency was also increased from 3.2% to 10.8%. Within 50 min, 26.3%, 72.5%, and 94.0% H₂O₂ was decomposed by Pd, AC, and Pd/AC. Fluorescence detection results implied that Pd/AC is effective upon H₂O₂ activation for OH generation. Finally, iron-free EF process enabled by PACSS cathode was examined to be effective for reactive blue 19 (RB19) degradation. After continuous running for 10 cycles (500 min), the PACSS cathode was still stable for H₂O₂ generation, H₂O₂ activation, and RB19 degradation, showing its potential application for organic pollutants degradation without increase in the running cost.     

Membrane enhanced COD degradation of pulp wastewater using Cu2O/H2O2 heterogeneous Fenton process

Both activity and stability of the catalyst can be improved in heterogeneous Fenton reaction, in particular, with no limitation for the working pH and no production of the sludge. In this work, a combination of catalyst Cu₂O and pore-channel-dispersed H₂O₂ is proposed to treat the pulp wastewater. Degradation degree of CODs in the wastewater was up to 77% in the ceramic membrane reactor using Cu₂O powder (2.0 g·L^-1) and membranefeeding H₂O₂ (0.8 ml·L^-1) within 60 min. Evolution of ·OH radical formation in the advanced oxidation process was analyzed with a fluorescent method. Utilization efficiency of H₂O₂ was successfully enhanced by 10% with the membrane distributor. Further on, the catalyst recyclability was evaluated in a five-cycle test. The concentration of copper ions being dissolved in the treated water was monitored with ICP. After Cu₂O/H₂O₂ (membrane) treatment the effluent is qualified to discharge with COD concentration lower than 15 mg·L^-1 with regard to the national standard GB25467-2010.     

Intensification of levofloxacin sono-degradation in a US/H2O2 system with Fe3O4 magnetic nanoparticles

Fe3O4 magnetic nanoparticles (MNPs) were synthesised, characterised, and used as a peroxidase mimetic to ac-celerate levofloxacin sono-degradation in an ultrasound (US)/H2O2 system. The Fe3O4 MNPs were in nanometre scale with an average diameter of approximately 12 to 18 nm. The introduction of Fe3O4 MNPs increased levofloxacin sono-degradation in the US/H2O2 system. Experimental parameters, such as Fe3O4 MNP dose, initial solution pH, and H2O2 concentration, were investigated by a one-factor-at-a-time approach. The results showed that Fe3O4 MNPs enhanced levofloxacin removal in the pH range from 4.0 to 9.0. Levofloxacin removal ratio in-creased with Fe3O4 MNP dose up to 1.0 g·L?1 and with H2O2 concentration until reaching the maximum. More-over, three main intermediate compounds were identified by HPLC with electrospray ionisation tandem mass spectrometry, and a possible degradation pathway was proposed. This study suggests that combination of H2O2, Fe3O4 MNPs and US is a good way to improve the degradation efficiency of antibiotics.     

Si-FeOOH/H2O2类芬顿降解盐酸四环素废水的效能及其机理

采用碱沉法制备的Si-FeOOH作为非均相类芬顿催化剂,研究其催化降解盐酸四环素废水的效能,考察了催化剂投量、pH、过氧化氢加入量对盐酸四环素降解效能和反应速率的影响。实验结果表明:在催化剂投加量3.0 g·L^-1、H₂O₂投加量9.9 mmol·L^-1、pH为3、室温[(25±1)℃]的条件下,盐酸四环素降解率为90%,一级反应速率常数为0.0504 min^-1。与催化剂FeOOH相比,类芬顿催化剂Si-FeOOH性能更卓越。同时采用探针化合物正丁醇、苯醌,证明了Si-FeOOH /H₂O₂ 催化体系中的氧化活性种主要为羟基自由基(·OH)和超氧自由基(HO₂·), 并推测了其催化反应机理。