多相光助-芬顿体系中多羧酸有机配体对铁氧化合物催化活性的调控机制

Heterogeneous photo-Fenton technology using iron oxides as heterogeneous catalyst is considered as one of the most promising technologies for refractory organic wastewater treatment. In these systems, the iron ions are limited to heterogeneous catalysts of iron oxides, which hinders the reaction between iron ions and H2O2. As a result, the catalytic activity of iron oxides is generally lower than that of iron ions in photo-Fenton process. The heterogeneous photo-Fenton technology has suffered from low catalytic activity of heterogeneous catalysts in organic wastewater treatment. It's an urgent need for heterogeneous photo-Fenton technology to develop regulating method to increase the catalytic activity of iron oxides. This project is to study the regulating mechanism and correlations between organic multi-carboxylic ligands, solubilization property of iron ions and catalytic activity of the iron oxides in the complexed system composed of organic multi-carboxylic ligands, iron oxides catalyst, water and refractory organic pollutant. A regulating method will be developed to increase the catalytic activity of iron oxides by adjusting the organic multi-carboxylic ligands kind and concentration. This study will provide a theoretical and technical support for application of heterogeneous photo-Fenton technology in comprehensive utilization of refractory organic wastewater.

以铁氧化合物为基础的多相光助-芬顿技术是最具应用前景的难降解有机废水处理技术之一。由于固相催化剂铁氧化合物对铁离子的束缚，导致其对过氧化氢的催化受到限制，固相催化剂的低效问题成为制约该技术实际应用的重要原因，因此迫切需要开发增效其催化活性的方法。本项目拟通过研究多羧酸有机配体-铁氧化合物催化剂-水-难降解有机污染物组成的复杂体系中多羧酸有机配体-铁离子增溶性能-催化剂催化性能之间的关系，探明多羧酸有机配体对铁氧化合物催化活性的增效机理，开发通过改变废水中多羧酸有机配体种类和浓度调控铁氧化合物光助-芬顿降解有机污染物效率的方法，为多相光助-芬顿反应在难降解有机废水资源化中的应用提供理论依据和技术支持。

开发高效降解和彻底矿化水中难降解有机污染物的水处理技术是降低水环境污染、实现污水资源化的关键。.项目通过对多羧酸有机配体-铁氧化合物-有机污染物组成的复杂体系的探讨，取得以下结果：（1）比较了不同晶型铁氧化物的多相UV-Fenton催化性能，用单位比表面积反应速率常数( k /Ssur) 揭示了铁氧化物晶型与催化性能之间的关系，发现Fe3O4@γ-Fe2O3混晶、Fe3O4和α-FeOOH是较好的催化活性组分，为多相光助-芬顿催化剂的开发提供理论基础；（2）开发了多相UV-Fenton体系的高效∙OH淬灭剂（丙三醇），为多相UV-Fenton体系∙OH的生成机理、反应机制以及淬灭剂选择等研究奠定了理论基础；（3）揭示了三种主要铁氧化合物（α-FeOOH、纳米Fe3O4 、Fe3O4@γ-Fe2O3混晶）的多相UV-Fenton催化机理，发现三种体系在催化过程中均存在铁离子溶出现象，均相UV-Fenton过程对有机污染物的降解至关重要，为调控其多相UV-Fenton催化过程提供了理论基础；（4）遴选了铁氧化合物多相UV-Fenton体系的增效试剂。在α-FeOOH、纳米Fe3O4 、Fe3O4@γ-Fe2O3混晶多相UV-Fenton体系中，研究了多羧酸有机配体的种类和浓度影响，发现草酸根是三者共同的最佳增效试剂，其与催化剂的最佳增效比例为 0.4~0.5 mmol/L : 1g，为开发调控多相UV-Fenton体系催化效率的方法提供了技术支持；（5）提出了多相UV-Fenton体系中草酸根对铁氧化合物催化过程的调控机制。分析了多羧酸有机配体草酸根对α-FeOOH、纳米Fe3O4 、Fe3O4@γ-Fe2O3混晶催化过程的增效机制，发现草酸根的加入能提高体系中亚铁离子的浓度、加快过氧化氢分解、提高羟基自由基浓度，并最终加速有机污染物降解，为多相UV-Fenton体系在难降解有机废水资源化中的应用提供理论依据和技术支持。.该研究结果，一方面可用于多相光助-芬顿体系实际处理含多羧酸有机配体的有机废水，为多相光助-芬顿技术在有机废水资源化中的应用提供理论依据和技术支持。另一方面，从实现以废治废的目的出发，该研究可为多相光助-芬顿体系综合处理含多羧酸有机配体有机废水和难降解有机废水提供新的思路。本研究对保护环境具有现实意义，并具有良好的应用前景。