零价锌粉协同臭氧降解对氯硝基苯的研究
本实验利用零价锌粉协同臭氧降解对氯硝基苯。通过批量实验考察了温度、pH、反应物初始浓度、锌粉用量对该降解反应的影响，并通过加入自由基抑制剂来确定活性中间产物，从而推测其可能的反应机理。结果表明，锌粉与臭氧具有较好的协同作用。在实验所选的pH范围内，pH=6时更有利于对氯硝基苯的去除。在温度为15℃~45℃的范围内，对氯硝基苯的去除率不随温度的变化而变化。而污染物对氯硝基苯的浓度则不影响其最终去除率。此外，对氯硝基苯的去除率与锌粉的用量也有一定的关系，随着锌粉用量的增加，对氯硝基苯的去除率逐渐增大，达到一个极大值后又逐渐减小。通过自由基抑制剂加入实验，推测锌粉的加入促进了O3分解产生了超氧自由基而不是羟基自由基, 强氧化性的超氧自由基最终导致对氯硝基苯的降解。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1 材料与方法2
1.1 实验原料及试剂2
1.1.1 化学试剂 2
1.1.2 实验仪器2
1.2 实验装置2
1.3 分析方法3
1.3.1 水中对氯硝基苯浓度的测定3
1.3.2 反应过程中其他参数的测定3
1.3.3 活性中间产物的验证3
1.4 实验步骤3
2 结果与分析4
2.1 不同体系中对氯硝基苯的降解比较 4
2.2 对氯硝基苯降解影响因素5
2.2.1溶液pH值对降解效率的影响5
2.2.2 温度对降解效率的影响6
2.2.3 锌粉用量对降解效率的影响7
2.2.4对氯硝基苯初始浓度对降解效率的影响7
2.3活性中间产物分析8
2.3.1OH的验证8
2.3.2 O2?的验证9
2.3.3 H2O2的验证10
3 结论10
致谢11
参考文献11
零价锌粉协同臭氧降解对氯硝基苯的研究
引言
引言
对氯硝基苯作为一种重要的基础有机原料广泛用于颜料、染料、医 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
药、有机农药生产等行业[1]。但由于其不易降解的特性，大量的对氯硝基苯残留在水体、土壤以及大气中，严重影响人体健康，对生态系统构成严重的威胁。目前多采用化学法来降解对硝基氯苯，其中包括臭氧催化氧化以及零价金属还原[2]。
近年来，臭氧氧化技术由于其强氧化性、无二次污染等特点应用于饮用水消毒以及污水中有机污染物的氧化去除[3]。然而，臭氧虽具有较强的氧化性，但却具有极高的选择性，使得臭氧在水处理过程中对难降解物质的去除率低，很难彻底去除水中的TOC和COD，其矿化率较低。因此，如何增强臭氧化效率，提高臭氧的利用率一直是人们关注的热点。目前，研究方向主要集中在催化臭氧化技术。催化臭氧化技术是指利用反应过程中产生具有强氧化性的自由基，尤其是羟基自由基，氧化分解有机物，从而达到去除水中有机污染物的目的。催化臭氧化技术根据使用的催化剂不同可以分为两类，即均相催化臭氧化技术以及非均相催化臭氧化技术。均相催化臭氧化技术所使用的催化剂一般为过渡金属离子，例如Fe(II)， Fe(III)，Mn(II)，Co(II)，Ni(II)，Cd(II)，Cu(II)，Ag(I)，Cr(III)，Zn(II)等[4]。与均相催化臭氧化技术相比，非均相催化臭氧化具有催化剂制备工艺简单，易于回收处理，水处理成本较低，活性高等优点，因而日益受到研究者的关注，成为当前研究的热点。对于非均相金属催化臭氧化反应，以负载在载体上的金属或金属氧化物为催化剂的居多，主要包括TiO2, MnO2, Al2O3。Yang等人[5]采用TiO2作为催化剂催化臭氧氧化硝基苯取得了良好的去除效果，并通过电子顺磁共振(EPR)技术鉴定了O3/TiO2体系中OH的生成，证明TiO2催化臭氧反应遵循自由基生成机理。Andreozzi等人[6]用MnO2催化臭氧氧化草酸，提高了草酸的去除率并且提出其原因主要是形成了草酸和锰的复合物，而非在体系中生成OH作用于目标污染物。目前关于金属催化臭氧化的研究中，以零价铁的研究居多。Quiroz 等人[7]利用单质Fe催化臭氧对工业废水进行处理，发现当溶液pH=7，处理60 min后，单独臭氧体系对废水中COD、色度、浊度的去除率分别为45%、82%、55%，然而相同操作条件下Fe/O3体系对废水的处理效果有明显提高，其COD、色度、浊度去除率分别达到80%、90%、99%。Zhang等人[8]将零价Fe负载在碳纳米管(CNTs)上用于催化臭氧去除亚甲基蓝，研究发现该反应体系对亚甲基蓝具有显著的降解效果。但据实验表明，零价锌具有比零价铁更高的还原活性，从热力学方面来讲，Zn更易与臭氧发生氧化还原反应。基于此理论，Zn/O3体系可能对有机物具有更好的降解去除效果。同时与零价铁相比，零价锌在反应过程中不会产生有颜色的物质。Gang et al.[9]的研究也发现，锌在降解邻苯二甲酸二正丁酯时与臭氧具有明显的协同作用。因此，本课题旨在研究零价锌协同臭氧对目标污染物对氯硝基苯的降解效果，希望通过实验可以为零价Zn催化O3这一新颖的异相催化臭氧化技术对天然水体中有机污染物的降解提供一定的帮助。
1 材料与方法
1.1 实验试剂及仪器
1.1.1 化学试剂
实验试剂
纯度
来源
对氯硝基苯
98%
国药集团化学试剂有限公司
正己烷
色谱纯
Merck, Germany
锌粉
分析纯
西陇化工股份有限公司
叔丁醇
分析纯
南京化学试剂有限公司
对苯醌
99%
阿拉丁试剂（上海）有限公司
1.1.2 实验仪器
实验仪器
型号
来源
臭氧发生器
WH
南京沃环科技实业有限公司
控温磁力搅拌机
SZCLA
郑州长城科工贸有限公司
酸度计
ION 2700
EUTECH INSTRUMENTS
气相色谱仪
Agilent 6820
Agilent, USA
1.2 实验装置及操作步骤
实验装置如图1所示，主要包括以下几部分：（1）臭氧发生装置，臭氧由空气泵以及臭氧发生器产生，通过塑料导管通入到反应瓶中；（2）反应装置，反应液体积为50 mL，溶液置于150 mL单口烧瓶中，试验中通过智能控温磁力搅拌机控制温度以及进行磁力搅拌；（3）取样装置，反应过程中通过导管取样，导管一段置于反应液中，另一端连接注射器，一定时间间隔利用注射器完成取样；（4）尾气处理装置，从反应液中溢出的气体通入到盛有1mol/L KI溶液的洗气瓶中，用于吸收未参与反应的O3气体。为了保证尾气吸收完全，通常连接2个洗气瓶用作尾气处理。
图1. 反应实验装置
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1 材料与方法2
1.1 实验原料及试剂2
1.1.1 化学试剂 2
1.1.2 实验仪器2
1.2 实验装置2
1.3 分析方法3
1.3.1 水中对氯硝基苯浓度的测定3
1.3.2 反应过程中其他参数的测定3
1.3.3 活性中间产物的验证3
1.4 实验步骤3
2 结果与分析4
2.1 不同体系中对氯硝基苯的降解比较 4
2.2 对氯硝基苯降解影响因素5
2.2.1溶液pH值对降解效率的影响5
2.2.2 温度对降解效率的影响6
2.2.3 锌粉用量对降解效率的影响7
2.2.4对氯硝基苯初始浓度对降解效率的影响7
2.3活性中间产物分析8
2.3.1OH的验证8
2.3.2 O2?的验证9
2.3.3 H2O2的验证10
3 结论10
致谢11
参考文献11
零价锌粉协同臭氧降解对氯硝基苯的研究
引言
引言
对氯硝基苯作为一种重要的基础有机原料广泛用于颜料、染料、医 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
药、有机农药生产等行业[1]。但由于其不易降解的特性，大量的对氯硝基苯残留在水体、土壤以及大气中，严重影响人体健康，对生态系统构成严重的威胁。目前多采用化学法来降解对硝基氯苯，其中包括臭氧催化氧化以及零价金属还原[2]。
近年来，臭氧氧化技术由于其强氧化性、无二次污染等特点应用于饮用水消毒以及污水中有机污染物的氧化去除[3]。然而，臭氧虽具有较强的氧化性，但却具有极高的选择性，使得臭氧在水处理过程中对难降解物质的去除率低，很难彻底去除水中的TOC和COD，其矿化率较低。因此，如何增强臭氧化效率，提高臭氧的利用率一直是人们关注的热点。目前，研究方向主要集中在催化臭氧化技术。催化臭氧化技术是指利用反应过程中产生具有强氧化性的自由基，尤其是羟基自由基，氧化分解有机物，从而达到去除水中有机污染物的目的。催化臭氧化技术根据使用的催化剂不同可以分为两类，即均相催化臭氧化技术以及非均相催化臭氧化技术。均相催化臭氧化技术所使用的催化剂一般为过渡金属离子，例如Fe(II)， Fe(III)，Mn(II)，Co(II)，Ni(II)，Cd(II)，Cu(II)，Ag(I)，Cr(III)，Zn(II)等[4]。与均相催化臭氧化技术相比，非均相催化臭氧化具有催化剂制备工艺简单，易于回收处理，水处理成本较低，活性高等优点，因而日益受到研究者的关注，成为当前研究的热点。对于非均相金属催化臭氧化反应，以负载在载体上的金属或金属氧化物为催化剂的居多，主要包括TiO2, MnO2, Al2O3。Yang等人[5]采用TiO2作为催化剂催化臭氧氧化硝基苯取得了良好的去除效果，并通过电子顺磁共振(EPR)技术鉴定了O3/TiO2体系中OH的生成，证明TiO2催化臭氧反应遵循自由基生成机理。Andreozzi等人[6]用MnO2催化臭氧氧化草酸，提高了草酸的去除率并且提出其原因主要是形成了草酸和锰的复合物，而非在体系中生成OH作用于目标污染物。目前关于金属催化臭氧化的研究中，以零价铁的研究居多。Quiroz 等人[7]利用单质Fe催化臭氧对工业废水进行处理，发现当溶液pH=7，处理60 min后，单独臭氧体系对废水中COD、色度、浊度的去除率分别为45%、82%、55%，然而相同操作条件下Fe/O3体系对废水的处理效果有明显提高，其COD、色度、浊度去除率分别达到80%、90%、99%。Zhang等人[8]将零价Fe负载在碳纳米管(CNTs)上用于催化臭氧去除亚甲基蓝，研究发现该反应体系对亚甲基蓝具有显著的降解效果。但据实验表明，零价锌具有比零价铁更高的还原活性，从热力学方面来讲，Zn更易与臭氧发生氧化还原反应。基于此理论，Zn/O3体系可能对有机物具有更好的降解去除效果。同时与零价铁相比，零价锌在反应过程中不会产生有颜色的物质。Gang et al.[9]的研究也发现，锌在降解邻苯二甲酸二正丁酯时与臭氧具有明显的协同作用。因此，本课题旨在研究零价锌协同臭氧对目标污染物对氯硝基苯的降解效果，希望通过实验可以为零价Zn催化O3这一新颖的异相催化臭氧化技术对天然水体中有机污染物的降解提供一定的帮助。
1 材料与方法
1.1 实验试剂及仪器
1.1.1 化学试剂
实验试剂
纯度
来源
对氯硝基苯
98%
国药集团化学试剂有限公司
正己烷
色谱纯
Merck, Germany
锌粉
分析纯
西陇化工股份有限公司
叔丁醇
分析纯
南京化学试剂有限公司
对苯醌
99%
阿拉丁试剂（上海）有限公司
1.1.2 实验仪器
实验仪器
型号
来源
臭氧发生器
WH
南京沃环科技实业有限公司
控温磁力搅拌机
SZCLA
郑州长城科工贸有限公司
酸度计
ION 2700
EUTECH INSTRUMENTS
气相色谱仪
Agilent 6820
Agilent, USA
1.2 实验装置及操作步骤
实验装置如图1所示，主要包括以下几部分：（1）臭氧发生装置，臭氧由空气泵以及臭氧发生器产生，通过塑料导管通入到反应瓶中；（2）反应装置，反应液体积为50 mL，溶液置于150 mL单口烧瓶中，试验中通过智能控温磁力搅拌机控制温度以及进行磁力搅拌；（3）取样装置，反应过程中通过导管取样，导管一段置于反应液中，另一端连接注射器，一定时间间隔利用注射器完成取样；（4）尾气处理装置，从反应液中溢出的气体通入到盛有1mol/L KI溶液的洗气瓶中，用于吸收未参与反应的O3气体。为了保证尾气吸收完全，通常连接2个洗气瓶用作尾气处理。
图1. 反应实验装置
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/hxycl/yyhx/643.html
