确定性筛选设计优化均相copms降解金橙ii的研究
摘要：基于硫酸根自由基（?SO4-）的原位化学氧化工艺是当前水处理领域的研究热点。其中，利用均相Co2+催化KHSO5（Co/PMS）产生?SO4-的系统是最为有效的一类反应体系。由于Co/PMS系统涉及众多工艺因素，有关其参数的优化需要很大的工作量。为此，本文采用确定性筛选设计（DSD）来优化该系统降解金橙II（AO II）的试验条件及降解效能。试验首先考察了九个工艺参数（NaCl、NaH2PO4、NaHCO3、NaNO3、Na2SO4、HA、PMS、AO II和Co2+的浓度）对金橙II脱色率的影响，通过计算筛选出三个最为显著的影响因子（NaCl、PMS和Co2+浓度），然后采用中心旋转复合设计（CCRD）做进一步优化，得出数学模型并找出最优降解条件。试验结果证实了确定性筛选设计在理论模拟中的高效性和实验研究中的实用性，它能将超过500组的实验减少到38组。最后，利用量子化学计算及液质联用分析考察了Co/PMS/Cl-系统降解AO II的反应机理。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1 材料与方法2
1.1 仪器与试剂2
1.2 试验步骤与测试方法3
1.3 试验设计与分析3
2 试验方案与结果分析4
2.1 试验设计方法：DSD和CCRD4
2.1.1 DSD试验设计4
2.1.2 DSD统计分析4
2.1.3 CCRD试验设计5
2.1.4 CCRD统计分析6
2.2 试验结果分析7
2.2.1 响应曲面分析7
2.2.2 最优条件降解分析7
2.3 机理的研究8
3 结论与展望10
3.1 结论10
3.2 展望10
致谢11
研究成果11
参考文献12
确定性筛选设计优化均相Co/PMS降解金橙II的研究
引言
引言: 原位化学氧化（ISCO，in situ chemical oxidation）是近十年发展
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
起来的用于降解多种有机污染物的高级氧化工艺[1]，是一种通过生成高活性自由基，从而高效无选择性地降解及矿化大部分有机或无机污染物的水处理新工艺。均相Co2+催化分解KHSO5（Co/PMS）系统就是其中一种新型的高级氧化技术，其反应体系可以产生强氧化性的
硫酸自由基（?SO4）。研究表明，与?OH相比，?SO4不仅在中性环境中具有很高的标准还原电位（E=2.5～3.1 V），而且在酸性环境中对目标污染物具有更强的选择性。同时，?SO4的半衰期更长（4 s，?OH的半衰期为1μs），在反应液中存在时间更持久，延长了与目标污染物持续接触的时间，从而能够更高程度地矿化水中的有机污染物[2,3]。除此之外，该系统可在较宽的pH范围（3~8）都能保持较高的氧化活性，且反应条件温和，自由基产生速度快，操作简单，易于设备化管理[4]。但是，该氧化反应的效率还受很多工艺因素的影响，如溶液的pH值、阴离子（如Cl、PO43、HCO3和NO3）、天然有机物（NOM）和外部能量（如光、电场和超声）等[57]。因此，当反应的影响因素很多时就需要优化试验过程，减少试验次数来提高反应效率。
试验设计（DOE，design of experiments）能够优化降解过程，减少试验次数，提高实验效率[8]，同时也可以考察各变量的主效应及变量之间的交叉效应。但是，大多数试验设计中的变量个数通常限制在5以内[911]，试验变量越多，试验次数会大幅度增加，从而失去可行性。在这种情况下，可以采用统计筛选方法来筛选出主要变量，忽略影响较小或不相关的变量[12]。当试验的影响因子较多而无法确定出主要影响因子时，运用高灵敏度的试验筛选方法可以极大的提高实验效率。
尽管确定性筛选设计具有很大优势，但目前关于该方法的报道还非常罕见[13,14]。因此，需要进一步的试验研究来证实该方法的高效性和实用性。因此，在本研究中，确定性筛选设计被用于Co/PMS系统降解染料污染物金橙II的研究。金橙II是一种偶氮类酸性工业染料，为纺织用各类染料中新品种增加最多的一类染料；它也是一种生物染色剂，分子结构稳定，具有较好的水溶性，易于分析，代表性强。本研究首次将确定性筛选设计与Co/PMS系统联用，并利用LC/MS和量子化学计算的分析结果推导出了Co/PMS系统在氯化物存在下降解金橙II的反应机理。
1 材料与方法
1.1仪器和试剂
本试验所用的试剂和仪器见表1、表2。
表1 试验试剂
Table 1 Expermental agents
试剂名称
规格
生产厂家
PMS（单过硫酸氢盐）
试剂纯
上海阿拉丁试剂有限公司
AO II（金橙II）
优级纯
日本Wako试剂公司
NaCl
分析纯
南京化学试剂有限公司
Na2SO4
分析纯
南京化学试剂有限公司
NaH2PO4
分析纯
南京化学试剂有限公司
NaHCO3
分析纯
南京化学试剂有限公司
NaNO3
分析纯
南京化学试剂有限公司
NaNO2
分析纯
南京化学试剂有限公司
HA（腐殖酸）
分析纯
南京化学试剂有限公司
超纯水
艾科浦超纯水系统（AWL1001U）制备
表2 试验仪器及型号
Table 2 Expermental instrument and model
仪器名称
型号
生产厂家
磁力搅拌器
851
江苏金坛科教仪器厂
紫外可见分光光度计
UV1800
日本岛津仪器株式会社
玻璃仪器气流烘干器
C型
郑州长城科工贸有限公司
超声波清洗器
KQ250B
昆山市超声仪器有限公司
蠕动泵
BT01YZ1515
保定兰格泵业有限公司
TOC仪
TOVL analyzer
日本岛津仪器株式会社
玻璃比色皿
751
宜兴市晶科光学仪器有限公司
1.2试验步骤与测试方法
本试验是在250 mL密封锥形瓶中进行的，溶液批处理量为100 mL，置于磁力搅拌器上搅拌反应60 min，然后加一定量的NaNO2（淬灭剂）终止反应，并定时取样检测。每组试验均做两组平行试验，数据结果取平均值，减少试验误差。根据金橙II紫外吸收标准曲线可知，金橙II浓度在0100 ppm范围内紫外吸光度与浓度成正比，然后通过484 nm的最大吸收峰求出反应后的浓度。金橙II的矿化率（TOC去除率）是由岛津TOCL总有机碳分析仪测定的，并通过LC/MS鉴定反应的中间产物（Waters ACQUITY UPLC/MS分析仪，美国）[15]。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1 材料与方法2
1.1 仪器与试剂2
1.2 试验步骤与测试方法3
1.3 试验设计与分析3
2 试验方案与结果分析4
2.1 试验设计方法：DSD和CCRD4
2.1.1 DSD试验设计4
2.1.2 DSD统计分析4
2.1.3 CCRD试验设计5
2.1.4 CCRD统计分析6
2.2 试验结果分析7
2.2.1 响应曲面分析7
2.2.2 最优条件降解分析7
2.3 机理的研究8
3 结论与展望10
3.1 结论10
3.2 展望10
致谢11
研究成果11
参考文献12
确定性筛选设计优化均相Co/PMS降解金橙II的研究
引言
引言: 原位化学氧化（ISCO，in situ chemical oxidation）是近十年发展
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
起来的用于降解多种有机污染物的高级氧化工艺[1]，是一种通过生成高活性自由基，从而高效无选择性地降解及矿化大部分有机或无机污染物的水处理新工艺。均相Co2+催化分解KHSO5（Co/PMS）系统就是其中一种新型的高级氧化技术，其反应体系可以产生强氧化性的
硫酸自由基（?SO4）。研究表明，与?OH相比，?SO4不仅在中性环境中具有很高的标准还原电位（E=2.5～3.1 V），而且在酸性环境中对目标污染物具有更强的选择性。同时，?SO4的半衰期更长（4 s，?OH的半衰期为1μs），在反应液中存在时间更持久，延长了与目标污染物持续接触的时间，从而能够更高程度地矿化水中的有机污染物[2,3]。除此之外，该系统可在较宽的pH范围（3~8）都能保持较高的氧化活性，且反应条件温和，自由基产生速度快，操作简单，易于设备化管理[4]。但是，该氧化反应的效率还受很多工艺因素的影响，如溶液的pH值、阴离子（如Cl、PO43、HCO3和NO3）、天然有机物（NOM）和外部能量（如光、电场和超声）等[57]。因此，当反应的影响因素很多时就需要优化试验过程，减少试验次数来提高反应效率。
试验设计（DOE，design of experiments）能够优化降解过程，减少试验次数，提高实验效率[8]，同时也可以考察各变量的主效应及变量之间的交叉效应。但是，大多数试验设计中的变量个数通常限制在5以内[911]，试验变量越多，试验次数会大幅度增加，从而失去可行性。在这种情况下，可以采用统计筛选方法来筛选出主要变量，忽略影响较小或不相关的变量[12]。当试验的影响因子较多而无法确定出主要影响因子时，运用高灵敏度的试验筛选方法可以极大的提高实验效率。
尽管确定性筛选设计具有很大优势，但目前关于该方法的报道还非常罕见[13,14]。因此，需要进一步的试验研究来证实该方法的高效性和实用性。因此，在本研究中，确定性筛选设计被用于Co/PMS系统降解染料污染物金橙II的研究。金橙II是一种偶氮类酸性工业染料，为纺织用各类染料中新品种增加最多的一类染料；它也是一种生物染色剂，分子结构稳定，具有较好的水溶性，易于分析，代表性强。本研究首次将确定性筛选设计与Co/PMS系统联用，并利用LC/MS和量子化学计算的分析结果推导出了Co/PMS系统在氯化物存在下降解金橙II的反应机理。
1 材料与方法
1.1仪器和试剂
本试验所用的试剂和仪器见表1、表2。
表1 试验试剂
Table 1 Expermental agents
试剂名称
规格
生产厂家
PMS（单过硫酸氢盐）
试剂纯
上海阿拉丁试剂有限公司
AO II（金橙II）
优级纯
日本Wako试剂公司
NaCl
分析纯
南京化学试剂有限公司
Na2SO4
分析纯
南京化学试剂有限公司
NaH2PO4
分析纯
南京化学试剂有限公司
NaHCO3
分析纯
南京化学试剂有限公司
NaNO3
分析纯
南京化学试剂有限公司
NaNO2
分析纯
南京化学试剂有限公司
HA（腐殖酸）
分析纯
南京化学试剂有限公司
超纯水
艾科浦超纯水系统（AWL1001U）制备
表2 试验仪器及型号
Table 2 Expermental instrument and model
仪器名称
型号
生产厂家
磁力搅拌器
851
江苏金坛科教仪器厂
紫外可见分光光度计
UV1800
日本岛津仪器株式会社
玻璃仪器气流烘干器
C型
郑州长城科工贸有限公司
超声波清洗器
KQ250B
昆山市超声仪器有限公司
蠕动泵
BT01YZ1515
保定兰格泵业有限公司
TOC仪
TOVL analyzer
日本岛津仪器株式会社
玻璃比色皿
751
宜兴市晶科光学仪器有限公司
1.2试验步骤与测试方法
本试验是在250 mL密封锥形瓶中进行的，溶液批处理量为100 mL，置于磁力搅拌器上搅拌反应60 min，然后加一定量的NaNO2（淬灭剂）终止反应，并定时取样检测。每组试验均做两组平行试验，数据结果取平均值，减少试验误差。根据金橙II紫外吸收标准曲线可知，金橙II浓度在0100 ppm范围内紫外吸光度与浓度成正比，然后通过484 nm的最大吸收峰求出反应后的浓度。金橙II的矿化率（TOC去除率）是由岛津TOCL总有机碳分析仪测定的，并通过LC/MS鉴定反应的中间产物（Waters ACQUITY UPLC/MS分析仪，美国）[15]。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/hxycl/yyhx/734.html
