使用超声波降解法处理酚类污染物

  随着全球的工业化发展规模扩大，对于环境的污染也日益严重，其中含酚废水由于毒性大、难降解而备受关注，而且含酚废水对于水资源的污染可以发生在任何地方的水资源供应系统，因此对于含酚废水的处理成为了世界各国普遍面临的难题之一。使用超声波降解法处理酚类污染物，是近年来发展起来的一种新型水处理技术。

  本文介绍了声化学降解酚类污染物的基本原理，综述了近几年声化学降解酚类污染物的研究进展。论文利用超声协同活性炭降解法(US/AC)（在少量氧化剂存在下）和超声协同类芬顿试剂降解法(US/Fenton-like reagent)，降解酚类污染物。选取苯酚、双酚A、对氯苯酚和对硝基苯酚为研究对象，利用紫外-可见光谱法、高效液相色谱法、扫描电镜法研究降解的影响因素、中间产物、推测降解机理和降解过程的动力学特征。使用US/AC法(在少量氧化剂存在下)降解苯酚、双酚A和对氯苯酚，实验结果证明在此降解过程中均存在协同效应，且降解效果显著。在单因素实验中研究了活性炭用量、声功率、溶液pH值、反应时间及添加氧化剂对降解效果的影响，在各个目标污染物最佳降解条件下，苯酚、对氯苯酚、双酚A几乎完全降解（降解率为苯酚：97.86%，对氯苯酚：99.40%，双酚A：99.11%）。通过对降解中间产物分析，初步探讨了苯酚、对氯苯酚降解机理。在苯酚超声降解过程，中间产物检测到邻苯二酚、对苯二酚、顺丁烯二酸，推测降解过程中有羟基自由基生成，生成的羟基自由基进攻苯环而发生亲电加成反应，而使苯酚降解。对氯苯酚的声化学降解过程中经羟基自由基发生氧化反应，C-Cl键断裂形成对苯二酚，对苯二酚分子被继续氧化分解为顺丁烯二酸。对每个降解过程均进行动力学分析，结果显示在使用US/AC法（在少量氧化剂存在下）降解苯酚、对氯苯酚、双酚A时，各个降解过程近似符合一级动力学过程。采用US/Fenton-like reagent法降解对氯苯酚和对硝基苯酚，探讨类芬顿试剂投量比、加入量、超声功率、溶液pH值以及反应时间对降解效果的影响。在单因素实验研究出的最佳降解条件下，对氯苯酚降解20min，其降解率可以达99.92%。对硝基苯酚降解120min，其降解率为96.47%。通过对降解中间产物进行分析，初步探究使用超声协同类芬顿试剂降解对氯苯酚的降解机理：在声空化效应下，对氯苯酚分子在空化泡内部发生热分解反应脱掉氯离子，然后在大量羟基自由基作用下发生深度氧化反应生成对苯二酚，进而对苯二酚脱去酚羟基上的氢离子生成苯醌，最后苯醌又继续被氧化开环生成有机酸。此外根据众多文献报道以及上述对氯苯酚降解机理，初步推测采用超声协同类芬顿试剂法降解对硝基苯酚的降解机理如下：对硝基苯酚在降解过程中产生的高浓度羟基自由基作用下，脱去硝基生成对苯二酚，进一步脱氢生成苯醌，继续被氧化开环生成小分子有机酸。对每个降解过程均进行动力学分析，结果显示在使用US/Fenton-like reagent法降解对氯苯酚和对硝基苯酚时，各个降解过程近似符合一级动力学过程。