铁饱和蒙脱土活化过一硫酸盐降解阿特拉津的研究

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高级氧化工艺(AOPs)在水环境难降解污染物领域表现出出色的降解能力。由于更强的氧化还原电位及高选择性,基于活化过一硫酸盐(HSO5-,PMS)的硫酸根自由基(SO4·-)AOPs(SR-AOPs)受到越来越多的关注。各种铁(Fe)基催化剂由于其环境友好性和成本效率而被广泛用于PMS活化。然而,只适用于酸性pH值、Fe(III)与Fe(II)转换速率慢、铁离子泄漏量过高等问题限制了其广泛应用。将铁基催化剂固定到载体材料上,可以有效避免上述缺点。本实验以钠基蒙脱土(MMT)为载体材料,利用其离子交换性能,将三价铁离子负载到其表面及层间,得到铁饱和蒙脱土(Fe-MMT),将其作为PMS活化剂。通过表征发现,与MMT相比,Fe-MMT的具有更高的铁含量、更大的比表面积及孔容。此外,铁离子的引入改变了天然MMT的有序层间结构,Fe-MMT结构更为疏松,层间距扩大。考察了两种材料对目标污染物阿特拉津(ATZ)吸附性能及对PMS的活化性能,发现Fe-MMT不仅能够有效活化PMS降解ATZ,还能有效吸附ATZ。在吸附及催化过程中,Fe-MMT均表现出良好的可重复利用性能,同时伴随着极少量的铁离子泄露。Fe-MMT的吸附性能及催化性能受Fe-MMT投量、ATZ初始浓度及体系初始pH值影响较大。在0.1-1.0 mM范围内PMS投量对体系氧化效能没有显著影响。体系离子强度增大或部分无机阴离子的存在会导致Fe-MMT中吸附位点与催化位点减少,吸附及催化性能减弱。然而,氯离子(Cl-)与低浓度碳酸氢根离子(HCO3-)的存在反而会显著增强ATZ的降解效率。天然大分子有机物腐殖酸对体系的吸附及氧化性能影响较小。天然水体背景条件下,Fe-MMT/PMS体系仍能有效降解ATZ,但是Fe-MMT的吸附性能大幅降低。Fe-MMT/PMS体系能够有效降解不同种类有机污染物,但是Fe-MMT只对部分有机污染物表现出吸附效果。最后,通过实验提出了Fe-MMT对ATZ的吸附机理以及对PMS的活化机理。Fe-MMT主要通过层间Fe3+周围的水合水与ATZ形成氢键起到吸附作用。通过实验推断出,蒙脱土层间的电子加速转移机理加快Fe3+与Fe2+间的循环再生,从而活化PMS产生硫酸根自由基与羟基自由基降解ATZ。
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