高锰酸钾氧化降解多种有机物的研究

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有机污染物种类繁多,处理难度大。高级氧化法是处理有机污染物较为高效的方法之一。其中,高锰酸钾氧化法操作简单,氧化能力较强,在给水处理与废水治理领域的研究和应用较为广泛。本论文研究高锰酸钾氧化多种有机物的降解规律,以期能够预测新生污染物的处理效果。本论文选取苯胺、硝基苯、邻苯二甲酸、靛蓝等22种有机物作为研究对象,采用不同pH条件下用高锰酸钾对有机物进行氧化降解。采用总有机碳(TOC)、色度(Colour)、高效液相色谱(HPLC)等分析方法来表征有机物的去除率。采用量子化学计算方法Gaussian09软件DFT-B3LYP计算22种有机物的量子化学结构参数,以分析物质结构参数与去除率之间的相关关系。采用GC-MS分析苯胺、硝基苯等氧化降解机理及路径。论文研究结果如下:(1)分析22种有机物的TOC降解效果及其降解动力学。结果表明酚类有机物如间苯三酚的TOC去除率达到了60%以上,而其他的有机物的TOC去除率均不到40%。高锰酸钾在碱性条件下的氧化能力更强。有机物的色度去除几乎都达到90%以上并且色度去除反应能在较短的时间(0~5min)内完成。高锰酸钾去除有机物的色度受pH的影响较小。采用液相色谱法分析有机物的去除率,高锰酸钾法对2,4-二氯酚、2,4-二氯苯胺、5-氯-2-甲基苯胺、间苯三酚和苯胺的降解具有较显著的作用,而对于硝基苯及酞酸酯降解效果较差。液相色谱表征的去除率的最佳pH值为10左右。(2)分析物质量子化学结构参数与降解率的相关关系,结果表明在三种pH条件下, Bond orders (C-C)max与K(Kcolour, KHPLC)的相关性最明显,Bond orders (C-C)max越大,物质的色度和液相色谱表征的去除速率越快;Fukui指数与KTOC的相关性最强,并且呈正相关。(3)采用GC-MS对苯胺与硝基苯被高锰酸钾氧化的中间产物进行了分析,表明苯胺的活性位点主要是氨基上的N-H键上,其次是苯环上的C-H键。硝基苯在三种pH条件下的去除率均较低的原因是:高锰酸钾很难攻击硝基苯的苯环使其开环,氧化能力有限,很难去除硝基苯,并且降解过程基本不受pH值的影响。
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