亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        UV-Fe2+活化過(guò)硫酸鹽降解廢水中的吡啶

        2022-12-15 04:46:22彭婭婭蘇冰琴王鵬鶯溫宇濤
        化工環(huán)保 2022年6期
        關(guān)鍵詞:吡啶礦化光照

        彭婭婭,蘇冰琴,王鵬鶯,溫宇濤,郭 越

        (太原理工大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,山西 太原 030024)

        吡啶是一種典型的含氮雜環(huán)化合物,在化工和焦化領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[1]。焦化廢水中吡啶的質(zhì)量濃度為20~500 mg/L[2]。吡啶結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、有毒且不易被微生物降解、有明顯的“三致”作用,對(duì)人身健康及生態(tài)環(huán)境具有潛在且長(zhǎng)期的危害[3]。目前,吡啶及其衍生物的處理方法主要有:吸附法[4]、微電解法[5]、生物法[6]和高級(jí)氧化法[3]等。其中,高級(jí)氧化法在難降解有機(jī)廢水處理中應(yīng)用更為廣泛[7]?;诹蛩岣杂苫⊿O4-·)的高級(jí)氧化技術(shù)常用的氧化劑為過(guò)硫酸鹽(PS)和過(guò)一硫酸氫鹽(PMS)[8]。國(guó)內(nèi)外研究者多采用熱[9]、堿[10]、紫外光(UV)[11]、過(guò)渡金屬[12]等方法對(duì)PS進(jìn)行活化,提高其氧化降解有機(jī)物的性能。Fe2+是一種經(jīng)濟(jì)且環(huán)境友好的活化劑,但是在Fe2+活化PS反應(yīng)體系中,F(xiàn)e2+的快速消耗使其對(duì)PS的活化作用持續(xù)時(shí)間短、效果差,并且反應(yīng)所需的pH較低。有研究表明UV能夠促進(jìn)Fe3+被還原為Fe2+從而提升對(duì)PS的活化效果[13]。

        本研究采用UV-Fe2+活化PS降解吡啶廢水,考察了光照時(shí)間、Fe2+加入量、PS加入量、初始pH、初始吡啶質(zhì)量濃度等因素對(duì)處理效果的影響,采用淬滅實(shí)驗(yàn)鑒別了UV-Fe2+活化PS體系中的活性物質(zhì),通過(guò)紫外吸收光譜和GC-MS分析了吡啶降解過(guò)程中的中間產(chǎn)物,在此基礎(chǔ)上,推測(cè)了吡啶的降解機(jī)理。

        1 實(shí)驗(yàn)部分

        1.1 試劑、材料和儀器

        吡啶(純度大于99%)、過(guò)硫酸鉀、七水合硫酸亞鐵、H2SO4、NaOH、叔丁醇:均為分析純;甲醇、二氯甲烷:色譜純。實(shí)驗(yàn)用水為超純水。

        模擬廢水:質(zhì)量濃度分別為10,30,50 mg/L的吡啶超純水溶液。

        LC1260型高效液相色譜儀:安捷倫科技有限公司;GCMS-QP2020 NX型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀:日本島津公司;FE 20型精密pH計(jì):梅特勒-托利多儀器有限公司;ZW10D10W型254 nm紫外燈,廣東雪萊特光電科技股份有限公司;TOCVCPH型總有機(jī)碳分析儀:日本島津公司;UV-5500PC型紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì):上海元析儀器有限公司。

        1.2 實(shí)驗(yàn)方法

        實(shí)驗(yàn)裝置見(jiàn)圖1。如圖1所示,反應(yīng)器為內(nèi)徑50 mm、高度235 mm的有機(jī)玻璃柱,底部放置磁性攪拌轉(zhuǎn)子。紫外光源為波長(zhǎng)254 nm的浸沒(méi)式低壓汞燈,從反應(yīng)器的上部插入。為了避免光能泄露,反應(yīng)器外部用錫箔紙包裹。將反應(yīng)器放置于恒溫水浴中,并保持水浴溫度為(25±1)℃。

        圖1 UV-Fe2+活化PS處理模擬吡啶廢水實(shí)驗(yàn)裝置示意

        取350 mL模擬廢水置于反應(yīng)器中,依次加入一定量的PS和硫酸亞鐵,攪拌,使混合均勻;開(kāi)啟紫外燈進(jìn)行不同光照時(shí)間的照射,在不同反應(yīng)時(shí)間分別取1 mL和10 mL兩個(gè)樣品,并將1 mL的樣品置于預(yù)先裝有0.5 mL甲醇的小瓶中,經(jīng)0.22 μm濾膜過(guò)濾后,用于測(cè)定吡啶的質(zhì)量濃度;10 mL的樣品經(jīng)0.45 μm濾膜過(guò)濾后,用于測(cè)定TOC。分別考察光照時(shí)間、Fe2+加入量、PS加入量、初始pH和初始吡啶質(zhì)量濃度對(duì)吡啶降解效果的影響。每組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行3次,結(jié)果取平均值。

        淬滅實(shí)驗(yàn)設(shè)置2組對(duì)照實(shí)驗(yàn),分別加入甲醇和叔丁醇對(duì)自由基進(jìn)行淬滅,淬滅劑與PS的摩爾比為500∶1。

        1.3 分析方法

        采用pH計(jì)測(cè)定模擬廢水pH;采用總有機(jī)碳分析儀測(cè)定TOC。

        采用高效液相色譜儀測(cè)定吡啶的質(zhì)量濃度,檢測(cè)條件:色譜柱 Eclipse XDB-C18型,流動(dòng)相采用體積比為70∶30的甲醇-超純水溶液,檢測(cè)波長(zhǎng)254 nm,進(jìn)樣量10 μL,流量1.0 mL/min,柱溫30 ℃。

        采用GC-MS對(duì)吡啶降解的中間產(chǎn)物進(jìn)行定性分析。色譜條件:色譜柱 RTX-5MS型,進(jìn)樣口溫度280 ℃(采用程序升溫,起始溫度50 ℃保持5 min,以5 ℃/min的速率升溫至250 ℃保持5 min,再以30 ℃/min升溫至280 ℃保持5 min),載氣為流量1 mL/min的氮?dú)猓M(jìn)樣量1 μL。質(zhì)譜條件:電離能70 eV,離子源溫度230 ℃,質(zhì)荷比(m/z)10~280。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 光照時(shí)間的影響

        在Fe2+加入量為0.32 mmol/L、PS加入量為5.04 mmol/L、初始pH為7.5、初始吡啶質(zhì)量濃度為50 mg/L的條件下,考察光照時(shí)間對(duì)吡啶和TOC去除率的影響,結(jié)果見(jiàn)圖2。由圖2a可見(jiàn):隨著光照時(shí)間的延長(zhǎng),吡啶去除率逐漸升高,當(dāng)光照時(shí)間達(dá)到60 min時(shí),吡啶的去除率達(dá)到99.48%。由圖2b可見(jiàn):隨著光照時(shí)間的延長(zhǎng),TOC去除率逐漸增高,當(dāng)光照時(shí)間為120 min時(shí),TOC的去除率達(dá)到66.78%。由此確定:光照時(shí)間為60 min時(shí),模擬廢水中吡啶的基本結(jié)構(gòu)被破壞;為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)吡啶的礦化,光照時(shí)間需延長(zhǎng)至120 min。據(jù)此在降解和礦化反應(yīng)中光照時(shí)間分別選擇60 min和120 min。由圖2a和圖2b還可見(jiàn):關(guān)閉紫外燈后,隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng),吡啶和TOC的去除率基本不變,表明紫外燈的關(guān)閉伴隨著降解反應(yīng)的終止,這可以歸因于UV與Fe2+在活化PS時(shí)發(fā)揮了協(xié)同作用。

        圖2 光照時(shí)間對(duì)吡啶去除率(a)和TOC去除率(b)的影響

        2.2 Fe2+加入量的影響

        在降解和礦化反應(yīng)光照時(shí)間分別為60 min和120 min、PS加入量為5.04 mmol/L、初始pH為7.5、初始吡啶質(zhì)量濃度為50 mg/L的條件下,考察Fe2+加入量對(duì)吡啶和TOC去除率的影響,結(jié)果見(jiàn)圖3。由圖3a可見(jiàn):Fe2+加入量為0.15 mmol/L及0.32 mmol/L時(shí),吡啶去除率均能達(dá)到99.48%,表明 Fe2+和UV協(xié)同能夠有效活化PS產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的自由基;繼續(xù)增加Fe2+加入量至0.63 mmol/L及1.26 mmol/L時(shí),吡啶去除率分別下降至93.97%和83.02%,這是因?yàn)檫^(guò)量的Fe2+對(duì)自由基有清除作用[14],導(dǎo)致體系氧化能力降低。由圖3b可見(jiàn),在光照時(shí)間為120 min的條件下,隨著Fe2+加入量的增加,TOC去除率呈先增加后降低的趨勢(shì),當(dāng)Fe2+加入量為0.32 mmol/L時(shí),TOC去除率達(dá)到最大,為66.78%。據(jù)此,確定Fe2+的加入量為0.32 mmol/L。

        圖3 Fe2+加入量對(duì)吡啶去除率(a)和TOC去除率(b)的影響

        2.3 PS加入量的影響

        在降解和礦化反應(yīng)光照時(shí)間分別為60 min和120 min、Fe2+加入量為0.32 mmol/L、初始pH為7.5、初始吡啶質(zhì)量濃度為50 mg/L的條件下,考察PS加入量對(duì)吡啶和TOC去除率的影響,結(jié)果見(jiàn)圖4。由圖4a可見(jiàn):隨著PS加入量的增加,吡啶的去除率先增加后減??;當(dāng)PS加入量為5.04 mmol/L時(shí),吡啶去除率最高,為99.48%;PS加入量為6.30 mmol/L時(shí),吡啶去除率略有降低,其原因可能是PS過(guò)量導(dǎo)致發(fā)生淬滅反應(yīng)。由圖4b可見(jiàn):隨著PS加入量的增加,TOC去除率逐漸增大;當(dāng)PS加入量為5.04 mmol/L時(shí),TOC去除率為66.78%;當(dāng)PS加入量增大至6.30 mmol/L時(shí),TOC去除率增加至72.53%。綜合考慮經(jīng)濟(jì)成本等因素,確定PS加入量為5.04 mmol/L。

        圖4 PS加入量對(duì)吡啶去除率(a)和TOC去除率(b)的影響

        2.4 初始pH的影響

        在降解和礦化反應(yīng)光照時(shí)間分別為60 min和120 min、Fe2+加入量為0.32 mmol/L、PS加入量為5.04 mmol/L、初始吡啶質(zhì)量濃度為50 mg/L的條件下,考察初始pH對(duì)吡啶和TOC去除率的影響,結(jié)果見(jiàn)圖5。由圖5a可見(jiàn),當(dāng)初始pH分別為3.0、5.0、7.0、7.5和9.0時(shí),吡啶去除率均大于97%,表明UV-Fe2+活化PS體系降解吡啶具有較寬的pH適應(yīng)范圍,因此,在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中不必調(diào)節(jié)模擬廢水的pH。

        圖5 初始pH對(duì)吡啶去除率(a)和TOC去除率(b)的影響

        由圖5b可見(jiàn),TOC去除率隨pH的增加呈先升高后降低的趨勢(shì),pH為7.5時(shí),TOC去除率最高,為66.78%,表明該條件下吡啶的礦化程度最高。吡啶在中性和堿性條件下以分子形式存在,酸性條件下以離子形式存在[15]。一般認(rèn)為,分子形式的吡啶與自由基反應(yīng)具有更快的反應(yīng)速率[16];而在酸性條件下吡啶的氮原子帶正電,導(dǎo)致環(huán)上電子云密度降低,使其穩(wěn)定性增加[1]。UV-Fe2+活化PS體系在弱堿性條件下實(shí)現(xiàn)了對(duì)吡啶的高效降解和礦化,一定程度上克服了芬頓和類芬頓氧化需要在強(qiáng)酸性環(huán)境下發(fā)揮作用的局限性。

        2.5 初始吡啶質(zhì)量濃度的影響

        在降解和礦化反應(yīng)光照時(shí)間分別為60 min和120 min、Fe2+加入量為0.32 mmol/L、PS加入量為5.04 mmol/L、初始pH為7.5的條件下,考察初始吡啶質(zhì)量濃度對(duì)吡啶和TOC去除率的影響,結(jié)果見(jiàn)圖6。

        圖6 初始吡啶質(zhì)量濃度對(duì)吡啶去除率(a)和TOC去除率(b)的影響

        由圖6a可見(jiàn):初始吡啶質(zhì)量濃度由10 mg/L增加至50 mg/L、光照60 min時(shí)吡啶去除率均大于99.40%;初始吡啶質(zhì)量濃度越低,去除速率越快。由圖6b可見(jiàn),隨著初始吡啶質(zhì)量濃度的增加,TOC去除率逐漸降低,當(dāng)初始吡啶質(zhì)量濃度為10 mg/L時(shí),TOC去除率最大,為77.86%;當(dāng)初始吡啶質(zhì)量濃度為50 mg/L時(shí),TOC去除率最小,為66.78%。這是因?yàn)椋?)初始吡啶質(zhì)量濃度越高,反應(yīng)過(guò)程中副產(chǎn)物的累積越多,消耗的光能及自由基數(shù)量也越多,減緩了吡啶的降解及礦化;2)低濃度條件下,體系中自由基的數(shù)量相對(duì)充足,反應(yīng)更容易發(fā)生。

        2.6 自由基的鑒定

        甲醇能夠淬滅·OH和SO4-·(反應(yīng)速率常數(shù)分別為9.7×108mol/(L·s)和3.2×106mol/(L·s)),叔丁醇與·OH的反應(yīng)速率常數(shù)為(3.8~7.6)×108mol/(L·s),與SO4-·的反應(yīng)速率常數(shù)為(4.0~9.1)×105mol/(L·s)[17]。在光照時(shí)間為60 min、Fe2+加入量為0.32 mmol/L、PS加入量為5.04 mmol/L、初始pH為7.5、初始吡啶質(zhì)量濃度為50 mg/L的條件下,在反應(yīng)體系中分別投加淬滅劑甲醇和叔丁醇,考察淬滅劑對(duì)吡啶去除率的影響,結(jié)果見(jiàn)圖7。由圖7可見(jiàn),不加淬滅劑時(shí),UV-Fe2+活化PS體系對(duì)吡啶的去除率為99.48%;加入甲醇和叔丁醇后,吡啶去除率分別下降至77.07%和81.62%。

        圖7 淬滅劑對(duì)吡啶去除率的影響

        2.7 降解中間產(chǎn)物分析

        2.7.1 紫外吸收光譜分析

        在Fe2+加入量為0.32 mmol/L、PS加入量為5.04 mmol/L、pH為7.5、初始吡啶質(zhì)量濃度為50 mg/L的條件下,不同光照時(shí)間UV-Fe2+活化PS降解吡啶體系所對(duì)應(yīng)的紫外吸收光譜見(jiàn)圖8。

        圖8 吡啶降解過(guò)程中的紫外吸收光譜譜圖

        由圖8可見(jiàn):256 nm處存在較高的吸光度,這是吡啶的紫外光譜吸收帶;光照2 min后,256 nm處的吸光度由0.698增加至1.479,可能是吡啶降解所產(chǎn)生的中間產(chǎn)物發(fā)生共軛作用使此處吸收強(qiáng)度增加;隨著反應(yīng)進(jìn)行,波峰逐漸下降,表示吡啶及其中間產(chǎn)物的濃度逐漸降低,逐步轉(zhuǎn)變?yōu)椴缓曹楏w系和顯色官能團(tuán)的化合物;光照60 min后,256 nm處的吸光度幾乎為零,表明此時(shí)體系中幾乎不含吡啶,這與前述實(shí)驗(yàn)結(jié)果(光照60 min后吡啶去除率為99.48%)一致。反應(yīng)過(guò)程中200~220 nm處的吸收峰有較高的吸光度,表明體系中以含碳氧雙鍵(C=O)的有機(jī)物為主。

        2.7.2 GC-MS分析

        在光照時(shí)間為60 min、Fe2+加入量為0.32 mmol/L、PS加入量為5.04 mmol/L、初始pH為7.5、初始吡啶質(zhì)量濃度為50 mg/L的條件下降解吡啶,取樣進(jìn)行GC-MS分析,結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可見(jiàn),吡啶降解的中間產(chǎn)物為N,N-二甲基甲酰胺、丁酸和丙二醛。

        表1 吡啶及其降解產(chǎn)物的GC-MS分析結(jié)果

        由此推測(cè)吡啶的降解過(guò)程,見(jiàn)圖9。由圖9可見(jiàn):PS在Fe2+和UV協(xié)同作用下活化產(chǎn)生SO4-·和·OH;吡啶吸收波長(zhǎng)為254 nm的紫外光使π電子發(fā)生躍遷,并在SO4-·和·OH的氧化作用下發(fā)生環(huán)裂解反應(yīng),分解為中間產(chǎn)物N,N-二甲基甲酰胺和丙二醛,之后被進(jìn)一步氧化為丁酸,最終轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸己退刃》肿訜o(wú)機(jī)物,而氮原子以氨氮的形式溶解在體系中,被不斷氧化為硝態(tài)氮。

        圖9 UV-Fe2+活化PS體系中吡啶的降解途徑(推測(cè))

        3 結(jié)論

        a) UV-Fe2+活化PS體系對(duì)模擬吡啶廢水具有良好的處理效果。在Fe2+加入量為0.32 mmol/L、PS加入量為5.04 mmol/L、初始pH為7.5、初始吡啶質(zhì)量濃度為50 mg/L的條件下,光照60 min后吡啶去除率為99.48%,光照120 min后TOC去除率為66.78%。

        b) UV-Fe2+活化PS處理模擬吡啶廢水的過(guò)程中起氧化降解作用的自由基為·OH和SO4-·。

        c) 紫外吸收光譜與GC-MS分析結(jié)果表明,吡啶在UV-Fe2+活化PS體系中被降解為含碳氧雙鍵(C=O)的有機(jī)物,吡啶降解過(guò)程中主要中間產(chǎn)物為N,N-二甲基甲酰胺、丙二醛和丁酸。

        猜你喜歡
        吡啶礦化光照
        礦化劑對(duì)硅酸鹽水泥煅燒的促進(jìn)作用
        節(jié)能環(huán)保 光照萬(wàn)家(公益宣傳)
        吡啶-2-羧酸鉻的制備研究
        云南化工(2021年10期)2021-12-21 07:33:28
        大麥蟲(chóng)對(duì)聚苯乙烯塑料的生物降解和礦化作用
        節(jié)能環(huán)保光照萬(wàn)家(公益宣傳)
        勘 誤
        今日農(nóng)業(yè)(2019年11期)2019-08-13 00:49:02
        春光照瑤鄉(xiāng)
        含吡啶的大環(huán)席夫堿錳(Ⅱ)配合物:合成、表征及抗菌性質(zhì)
        不同礦化方式下絲素蛋白電紡纖維的仿生礦化
        絲綢(2014年5期)2014-02-28 14:55:12
        亚洲成a人无码| 成人大片在线观看视频| 麻豆精品一区二区av白丝在线| 亚洲精品v欧洲精品v日韩精品| 亚洲国产精品久久久久久久| 射死你天天日| 婷婷第四色| 精品久久免费国产乱色也| 激情内射人妻1区2区3区| 人禽交 欧美 网站| 亚洲中文无码av在线| 在线观看av片永久免费| 国产片在线一区二区三区| 无套无码孕妇啪啪| 四川丰满妇女毛片四川话| 粗一硬一长一进一爽一a级| 国产精品自拍首页在线观看| 一区二区三区日本久久| 无套内谢孕妇毛片免费看| 无码字幕av一区二区三区| 国际无码精品| 人妖另类综合视频网站| 青青草久热手机在线视频观看 | 日本a在线天堂| 国产一区二区中文字幕在线观看| 免费av一区二区三区无码| 伴郎粗大的内捧猛烈进出视频观看| 国产av无码专区亚洲aⅴ| 日韩午夜三级在线视频| 2018天天躁夜夜躁狠狠躁| 日日躁夜夜躁狠狠久久av| 无码伊人久久大蕉中文无码| 国产亚洲熟妇在线视频| 天天躁日日躁aaaaxxxx| 国产精品无码久久久久久久久久| 亚洲AV日韩AV永久无码电影| 久久亚洲精品一区二区| 国产人成精品免费久久久| 久久九九国产精品怡红院| 96精品免费视频大全| 亚洲一区二区三区激情在线观看|