【摘 要】
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近年来,随着电镀和印染废水处理处置问题受到关注,重金属络合物的降解问题因其强毒性和不可生物降解性等已经成为研究的热点。与水中游离态重金属离子相比,络合态重金属具有
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近年来,随着电镀和印染废水处理处置问题受到关注,重金属络合物的降解问题因其强毒性和不可生物降解性等已经成为研究的热点。与水中游离态重金属离子相比,络合态重金属具有极强的络合能力,采用传统的碱性沉淀法的去除效果往往不明显,降解机理阐述还不清楚。作为一种典型的高级氧化技术,放电等离子体对重金属络合物的降解因其高效性和绿色清洁等特点而被广泛研究。因此,本文提出利用放电等离子体技术降解水体重金属络合物,实验分别以天然重金属络合物(Cu-HA)和人工重金属络合物(Cu-EDTA)为目标污染物,评价了两种目标污染物在放电体系的降解规律,提出了可能的降解途径;并通过“铁粉-放电等离子体”联合体系提高Cu-EDTA去除性能,分析反应机制。为水中络合态重金属去除工艺的工程化应用提供理论数据,主要结果如下:(1)针对典型重金属络合物Cu-HA,考察了放电电压、溶液p H、污染物性质等对Cu-HA降解的影响。实验结果显示:在放电电压18 k V、p H为9.0条件下处理50 min后,Cu-HA去除率达到86.1%。适当增加电压能够促进Cu-HA降解,p H为碱性有助于Cu-HA的去除,整个反应过程符合一级反应动力学。从自由基捕获实验和活性物质的定量测定两方面探究了氧化性活性物质的贡献大小和作用规律。研究结果表明,Cu-HA的降解反应过程中会产生O3、H2O2、·OH、1O2和O2·-,·OH作用贡献最大。并通过UV-vis、EEM荧光、Zeta电位、粒径分析、ATR-FTIR、GC-MS和离子色谱等分析方法推测了Cu-HA可能的反应途径。研究表明,放电等离子体产生的活性物质物质(包括O2·-,1O2和·OH)攻击HA的羧基和羟基官能团,导致Cu-O键断裂,Cu-HA分解并释放出游离的Cu2+。此外,通过毒性实验结果表明放电等离子体对Cu-HA的高效降解显著降低了其对斜生栅藻(SO)的生物毒性。(2)针对典型重金属络合物Cu-EDTA,分析了Cu-EDTA初始浓度和p H对其降解效果的影响。实验结果表明Cu-EDTA初始浓度为0.3 mmol L-1和p H为2.0为最佳的实验条件,过高的初始浓度和过酸或过碱的溶液环境都不利于Cu-EDTA的降解。从活性物质作用分析方面发现,O2·-和·OH对Cu-EDTA的降解效果都有贡献作用。借助AFM、TOC、DOC、FTIR、XRD和XPS等表征方法通过Cu-EDTA的表面形貌分析、矿化规律和沉淀成分分析提出了Cu-EDTA可能的降解途径和矿化规律,实验结果表明活性自由基攻击Cu-EDTA大分子,通过脱羧反应的发生导致Cu-O和Cu-N键的断裂,进一步相互反应后生成有机酸等小分子物质。(3)通过外加铁粉,构建了放电等离子体-铁粉联合体系用于Cu-EDTA的处理。考察了Cu-EDTA在联合体系中铁的投加量对Cu-EDTA降解效果的影响,借助Cu-EDTA的反应动力学、活性物质作用分析以及HPLC和UV-Vis分析结果对添加铁粉后的“置换-Fenton-絮凝”强化作用机制进行探究,借助FTIR、EEM、GC-MS、IC、SEM、XRD和Raman等表征方法揭示了协同体系的初步机理,并对沉淀产物进行相关研究。研究结果发现:铁粉的添加量为2.0 g/L时,处理2 min时Cu-EDTA去除率即可达到近100%,对Cu-EDTA能够达到更好地去除效果。
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