光化学协同去除水中六价铬和双酚A的研究

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重金属和有机污染物是水体中主要的两类污染物质,以往的研究多关注于单一污染物的去除,而实际水体中它们往往共存。近年来,由此造成的水体复合污染问题越来越受到人们的关注。其中有毒重金属离子-六价铬(Cr(VI))和典型的内分泌干扰物-双酚A(BPA)是水体中两种重要的风险性物质,也常作为模型物来研究水体中重金属和有机污染物的协同去除。目前较为有效的协同去除方法包括吸附法、光催化法和光电催化法,但存在吸附剂、光催化剂和电极材料的制备繁琐、成本高、回收困难以及易造成二次污染等问题。因此,研究绿色高效的协同去除方法具有重要的意义。基于此,本文主要开展了185 nm真空紫外光(VUV)作用下以及254 nm紫外光/过硫酸盐体系(UV/PS)中Cr(VI)和BPA协同去除的研究,考察了多种因素对协同去除的影响,并通过对反应体系中活性物种和降解产物的分析,推断了Cr(VI)和BPA协同去除的机理,得到了如下的研究结果:1.VUV辐照下Cr(VI)和BPA的协同去除研究:(1)在VUV辐照下,Cr(VI)很难被有效去除,而当与BPA混合后,BPA在高效降解的同时则显著促进了Cr(VI)的去除。(2)BPA的降解率随着BPA与Cr(VI)初始浓度比([BPA]0/[Cr(VI)]0)的增加而降低,而过高或过低的[BPA]0/[Cr(VI)]0则不利于Cr(VI)的去除;随着溶液初始p H值的增加,Cr(VI)的去除效率显著降低,而强酸和强碱性条件则有利于BPA的降解;Cl-、SO42-、HCO3-和NO3-对BPA降解和Cr(VI)的去除均有抑制作用。(3)通过GC-MS和LC-MS分析,识别了15种BPA的降解产物。自由基淬灭实验表明,水合电子(e-aq)是使Cr(VI)发生还原去除的主要活性物种,而羟基自由基(·OH)是使BPA发生有效降解的主要活性物种。BPA在VUV和·OH的作用下,通过断键、羟基化、氧化以及开环等反应逐渐被分解为小分子化合物。同时,Cr(VI)被还原为Cr(III)。2.UV/PS体系中Cr(VI)和BPA的协同去除研究:(1)在UV/PS体系中,Cr(VI)很难被去除,当加入BPA后,BPA被高效降解的同时也显著促进了Cr(VI)的去除。(2)当BPA和Cr(VI)初始浓度比([BPA]0/[Cr(VI)]0)增加时,会抑制BPA的降解,而过高或过低的[BPA]0/[Cr(VI)]0则不利于Cr(VI)的去除;当PS初始浓度从0.1 mmol·L-1逐渐增加到1.0 mmol·L-1时,均促进了Cr(VI)和BPA的协同去除,但当PS初始浓度为1.5 mmol·L-1时,Cr(VI)的去除受到了抑制;溶液初始p H值的变化对反应体系中Cr(VI)和BPA的协同去除没有显著的影响;BPA的降解受Cl-、SO42-、HCO3-和NO3-的影响较小,而Cl-、HCO3-和NO3-则会明显抑制Cr(VI)的去除。(3)通过LC-MS分析,识别了16种BPA的降解产物。硫酸根自由基(SO4-·)和·OH是使BPA发生有效降解的主要活性物种,在它们的作用下,BPA通过断键、羟基化、水解、氧化和开环等反应逐渐被分解为小分子化合物,而BPA在降解过程中产生的还原性活性物种使Cr(VI)转化为Cr(III)。
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