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将过氧化钙用于废水处理中有何作用? 1

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本文旨在综述有关过氧化钙用于废水处理的研究进展,希望能为过氧化钙的应用提供新的思路。


背景:随着近几年城镇化、工业现代化进程的加速我国废水的外排量逐年增加不仅破坏自然洁净的水体而且对人体健康造成极大危害。过氧化钙近几年在我国工业污水处理应用方面取得了很大发展为污水治理提供了新思路。


用于废水处理的研究进展

CaO2常被用来处理含卤代物、染料、抗生素和苯系物等污染物的废水。


1)卤代物的降解

ZHANG等将三氯乙烯(TCE)作为污染物,Fe2+活化的CaO2作为氧化体系,当n(CaO2)∶n(Fe2+)∶n(TCE)=4∶8∶1时,TCE可在5 min内完全降解。氧化体系中存在·OH和·O2-自由基,其中·OH对TCE的降解起主要作用。初始溶液pH的升高会抑制TCE的降解。Cl-和有机物的存在会抑制TCE的降解。ZHANG等还引入N,N ’-乙二胺二琥珀酸(EDDS)作为Fe2+螯合剂来降解TCE,EDDS阻止了可溶性铁的沉淀,Fe2+与EDDS的最佳摩尔比为1,加入EDDS的Fe2+催化的CaO2体系可在pH接近中性范围内有效降解TCE。NORTHUP等研究发现,质量分数0.2%的CaO2在pH=8条件下反应24 h可将废水中的四氯乙烯全部降解。


2)染料的降解

在染料的生产和使用过程中,常会产生大量对环境有害的废水。YUAN等学者以甲基橙为污染物,草酸(OA)作为Fe2+的螯合剂,在最佳条件下(n(Fe2+)∶n(OA)∶n(CaO2)=1∶2∶2),成功实现了对甲基橙的高效去除,去除率达到99%。研究结果表明,·OH在甲基橙降解过程中发挥主要作用,OA的加入有助于改善Fe2+与Fe3+之间的循环,从而促进氧化反应活性物种的生成和污染物的有效去除。TANG等采用酒石酸(TA)作为CaO2和Fe2+体系的螯合剂,n(Fe2+)∶n(TA)∶n(CaO2)=1∶2∶2时,反应10 min亚甲基蓝去除率达94.8%。


3)抗生素的降解

AMINA等研究团队的研究表明,通过加入乙二胺四乙酸(EDTA)作为Fe2+的螯合剂,可以显著提高Fe2+催化的CaO2对磺胺甲噁唑的降解效率,相较于单独使用Fe2+催化CaO2时的效果。在溶液pH为6.0的条件下,磺胺甲噁唑的降解率最高。此外,Cl?、NO3?、SO42?和腐殖酸的存在也有助于提高磺胺甲噁唑的降解率。WANG等将Fe3+、Fe2+和CaO2、过碳酸钠、过硫酸钠构建氧化体系以降解磺胺(SA),加入3.0 mmol/L CaO2和3.0 mmol/L Fe3+的体系中SA降解率达94.7%。


4)苯系物的降解

CaO2可以处理苯、甲苯、乙苯和二甲苯等苯系污染物。XUE等研究发现,当n(CaO2)∶n(Fe2+)∶n(OA)∶n(苯系物)=10∶10∶20∶1时,废水中苯系物降解率达95%。XUE等还研究了Fe2+活化CaO2去除苯的能力,n(CaO2)∶n(Fe2+)∶n(苯)=8∶8∶1时,20 min内苯可完全去除,通过探针化合物测试和电子顺磁共振测试确定了·OH和还原性自由基·O2-的存在,且可在相当长的时间内保持较高的浓度。pH升高对苯系物的去除起抑制作用,苯降解过程中的中间体为苯酚和联苯。


虽然CaO2氧化法在去除有机污染物中存在诸多优势,但是应用于实际污染水体效果并不理想。这是由于实际污染水体中离子更加复杂,诸多离子会与污染物竞争·OH,导致氧化剂氧化效率降低。其中对·OH淬灭效果最为显著的是HCO3-,主要原因是:1)HCO3-的存在会提高水体的pH,导致Fe3+的沉淀;2)HCO3-与·OH反应导致·OH浓度下降,阻碍污染物降解。HCO3-淬灭·OH的反应如下:

参考文献:
[1]宁方瑞,范宇涛,张秀红. CaO_2的制备及其在水处理中的应用研究进展[C]// 中国环境科学学会环境工程分会. 中国环境科学学会2022年科学技术年会--环境工程技术创新与应用分会场论文集(四). 大连理工大学化工学院;, 2022: 4. DOI:10.26914/c.cnkihy.2022.042693.

[2]杨进,郦和生,王岽等. 过氧化钙降解有机污染物研究进展 [J]. 化工环保, 2021, 41 (02): 140-145.

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