紫外/TiO2/芬顿复合工艺增强在近中性pH值下对布洛芬的降解能力

陈美娟 朱威 北原晶子 黄宇

引用本文: 陈美娟,  朱威,  北原晶子,  黄宇. 紫外/TiO2/芬顿复合工艺增强在近中性pH值下对布洛芬的降解能力[J]. 催化学报, 2018, 39(4): 701-709. doi: 10.1016/S1872-2067(17)62916-4 shu
Citation:  Meijuan Chen,  Wei Chu,  Jingzi Beiyuan,  Yu Huang. Enhancement of UV-assisted TiO2 degradation of ibuprofen using Fenton hybrid process at circumneutral pH[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2018, 39(4): 701-709. doi: 10.1016/S1872-2067(17)62916-4 shu

紫外/TiO2/芬顿复合工艺增强在近中性pH值下对布洛芬的降解能力

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(41503102);中国博士后科学基金(2015M572568);陕西博士后科学基金(2016BSHEDZZ35);香港理工大学基金(1-ZVH6,G-YBHP);中国科学院"百人计划".

摘要: 药品及个人护理品(PPCPs)造成的潜在环境污染已引起广泛关注.布洛芬(IBP,2-(4-异丁基苯基)丙酸)作为苯丙酸类非甾体抗炎药物,是一种在水环境中广泛检测到的PPCPs类物质.水环境中的IBP主要来自制药企业排放和人体代谢物,因IBP具有不易挥发、物理性质稳定、半衰期较长和不易被生物吸收等特点,其在环境的残留浓度较高且污染风险大.目前,传统的水处理工艺并不能有效治理水中的IBP,比如:混凝剂和絮凝剂对IBP的去除效率低,吸附和膜处理运行成本过高且不能矿化IBP.近年兴起的光催化技术利用·OH和O2·-等强氧化性活性物种降解水中有机污染物,将其彻底矿化,实现污染物的无害处理.光催化技术适用于常温、常压和中性pH环境,该环境特点与污水环境十分匹配,适合应用.但异质光催化通常发生在催化剂表面,有效反应活性位少,反应速率不够高.相比而言,同质芬顿反应能够均匀、快速地在整个溶液中发生反应,但芬顿反应必须在酸性条件下才可以进行.
本文整合了异相光催化和均相光-芬顿反应的优点,设计了紫外/TiO2/芬顿(PCF)复合工艺,评估了在中性pH下对典型的PPCPs布洛芬的降解效果.对比实验结果表明,PCF复合工艺对IBP的降解速率比传统的UV,UV/H2O2,Fenton,光-Fenton和光催化快得多.动力学分析发现,IBP的降解遵循两阶段的一级反应动力学,且速率常数k1 > k2.本研究进一步优化了运行参数,确定IBP降解的最佳条件为:pH=4.2,[Fe2+]0=0.20mmol/L,[Fe2+]0/[H2O2]0=1/40,[TiO2]0=1.0g/L.pH值的增加造成IBP降解速率略微降低,但在30min反应时间内,中性pH(6.0-8.0)与最佳pH条件下的降解效率完全相同,证明PCF在中性pH下进行水处理切实可行.数据分析发现,lnk1和lnk2均与1/pH0,[IBP]0,[H2O2]0,[H2O2]0/[Fe2+]0和ln[TiO2]0线性相关,据此建立了IBP去除效率的数学预测模型,通过验证发现,动力学模型曲线与实验数据高度契合,表明模型的有效性高.

English

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  • 收稿日期:  2017-10-28
  • 修回日期:  2017-12-13
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
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    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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