文献速递 | 复旦大学CEJ:热活化过硫酸盐增强氯离子存在时有机污染物的降解

文摘   其他   2025-02-10 08:02   北京  
点击订阅公众号 | 前沿学术成果每日更新

第一作者:Yuyang Qin

通讯作者:李洪静 副教授

通讯单位:复旦大学环境科学与工程系

DOI:10.1016/j.cej.2022.138814








全文速览

本研究评估了氯离子(Cl-)对热活化过硫酸氢钠(TAP)降解有机污染物(OCs)的影响。选择P-氨基苯甲酸(PABA)、磺胺嘧啶(SDZ)、双酚A(BPA)和氯霉素(CAP)作为不同结构的模式有机污染物。在TAP(70℃)处理60分钟后,PABA、SDZ、BPA和CAP的降解效率分别为76.4%、90.8%、10.1%和14.5%,在Cl-(1mM)的存在下进一步提高到97.6%、97.4%、55.2%和30.5 %。当Cl-浓度增加到10mM时,PABA和SDZ分别在7分钟和10分钟后被完全降解,97.1%的BPA和59.5%的CAP在60分钟内被去除。在TAP系统中,PABA和SDZ主要通过直接过硫酸氢盐(PMS)氧化来降解,而BPA和CAP主要通过羟基自由基和硫酸根自由基氧化来去除。在Cl-/TAP混合物中,PABA和BPA的降解主要归因于次氯酸氧化,SDZ主要通过直接的PMS氧化被去除,而CAP主要被自由基氧化。此外,还确定了Cl-/TAP氧化过程中OCs降解的中间产物,并提出了主要的降解途径。在Cl/TAP系统中,总有机碳的去除率从19.3%到25.3%明显提高到52.6%-69.0%。在Cl-/TAP系统中,OCs氧化后的典型氯化副产物的浓度为17.2μg/L-86.3μg/L。考虑到实际废水的复杂性,在含Cl-的二级污水中,通过TAP氧化实现了51.3 %-100 %的OCs去除率。了解Cl-在OCs降解中的作用对于Cl-/TAP氧化法在高级废水处理中的实际应用至关重要。







图文摘要






同位素标记技术

图文导读

Fig. 1(a), (b) Determination of activation energy; (c) Determination of relationship between PABA degradation and PMS dosage at 25 °C and 70 °C.


Fig. 2The degradation of different organic contaminants by TAP in the presence of Cl.


Fig. 3Effect of Cl concentration on the apparent reaction rate constant of organic contaminants (a) PABA, SDZ, BPA; (b) CAP. 


Fig. 4The consumption of PMS and generation of HClO in the heat/PMS/Cl system.


Fig. 5The EPR spectra of DMPO-HO/SO4•– (a) and TEMP-1O2 (b).


Fig. 6The consumption of PMS during oxidation of organic contaminants by TAP


Fig. 7Contributions of reactive species during the degradation of PABA (a), SDZ (b), BPA (c) and CAP (d) by TAP in the presence of Cl.


Fig. 8Effect of pH on the degradation of PABA (a), SDZ (b), BPA (c) and CAP (d) by TAP in the presence of Cl.


Fig. 9The TOC removal efficiencies of organic contaminants after the reaction in heat/PMS/Cl system.


Fig. 10The concentration of detected chlorinated byproducts after the reaction in the presence of 1 mM Cl (a) and 10 mM Cl (b).








研究意义

该研究表明,在有Cl-存在的情况下,TAP可以明显地提高OC的降解率。在TAP系统中,当温度为70℃时,60分钟后PABA、SDZ、BPA和CAP的降解效率分别为76.4 %、90.8 %、10.1 %和14.5 %。PMS的直接氧化对PABA和SDZ的分解做出了主要贡献。86.0%的PABA和86.1%的SDZ通过直接PMS氧化被降解,86.4%的BPA和86.9%的CAP通过•OH和SO4•–氧化被去除。在Cl-/TAP体系中,当Cl-的浓度为1mM时,在60分钟内97.6%的PABA、97.4%的SDZ、55.2%的BPA和30.5%的CAP被去除。当Cl-浓度增加到10mM时,PABA和SDZ分别在7分钟和10分钟后被完全降解,97.1%的BPA和59.5%的CAP在60分钟反应后被氧化。在Cl-/TAP混合物中,产生了不同的反应性物种,包括HClO、HOradical dot、SO4radical dot-、Clradical dot和1O2。PABA(60.5%)和BPA(73.5%)的降解主要归因于HClO的氧化,34.8%的PABA通过PMS的直接氧化被去除,10.3%的BPA通过1O2的氧化被降解。HClO对SDZ降解的贡献是33.6%,61.0%的SDZ是通过直接PMS氧化降解的。63.3%的CAP被活性自由基(HOradical dot, SO4radical dot-, Clradical dot)氧化,32.7%的CAP降解是由HClO氧化引起。值得注意的是,HClO的相对贡献较高,表观活化能的相对增加也很明显。TAP分解OCs的伪一阶速率常数(kobs)随着pH值的升高而明显增强,在pH值为9.0时达到最高。而在酸性和中性pH条件下,TAP在Cl-存在下对PABA、SDZ、BPA和CAP的降解获得最佳kobs。在有Cl-(1mM)的情况下,TAP对OCs的TOC去除率从19.3%到25.3%明显提高到52.6%-69.0%。典型的CBPs(TCM、MCAA、DCAA和TCAA)在氧化后被检测出来,在Cl-/TAP系统中CBPs的浓度为17.2-86.3 μg/L。此外,在含Cl-的二级污水中,TAP氧化法对OCs的去除率达到51.3%-100%。了解Cl-在TAP降解OCs中的作用,对于为含Cl-的废水的高级处理提供有用的见解至关重要。 
文献信息

(1) Qin, Y.; Li, H.; Ma, J. Enhanced degradation of organic contaminants by thermally activated peroxymonosulfate in the presence of chloride ion. Chemical Engineering Journal 2023, 451. DOI: 10.1016/j.cej.2022.138814.



声明:本公众号仅分享前沿学术成果,无商业用途。如涉及侵权,请立刻联系公众号后台或发送邮件,我们将及时修改或删除!

邮箱:Environ2022@163.com

欢迎大家将《水处理文献速递》加为星标

即时获取前沿学术成果

若有帮助,请点击“在看”分享!

水处理文献速递
分享水处理相关的前沿科学成果
 推荐账号,扫码关注
推荐账号二维码
 最新文章