51 / 2023-10-12 10:44:52

Fe3O4@MnO2活化过硫酸盐/亚硫酸盐降解地下水中二甲双胍的研究

PMS,PDS,亚硫酸钠,二甲双胍,高级氧化技术,地下水

近年来，水污染日趋严峻。二甲双胍是世界上消费量最高的药物，几乎完全不被人体代谢，可全部排出体外，传统的污水处理方式对废水中的二甲双胍去除效率不高，导致各类水体中二甲双胍常被检出。二甲双胍对水生动物存在生态毒性，已被认为是一种新兴污染物。继传统的高级氧化技术之后，基于硫酸根自由基（·SO₄^－）的高级氧化技术开始被科研工作者关注。本研究选取亚硫酸钠、过二硫酸盐和过一硫酸盐三种可以产生硫酸根自由基的氧化剂，以地下水中二甲双胍作为目标污染物，采用磁性Fe₃O₄@MnO₂催化剂分别活化亚硫酸盐、过二硫酸盐和过一硫酸盐，研究Fe₃O₄@MnO₂活化过硫酸盐/亚硫酸盐体系去除地下水中二甲双胍的效果及机理。主要结果如下：

（1）通过两步水热法，先后合成了具有磁性、便于回收的纳米Fe₃O₄颗粒和呈花状结构的核-壳催化剂Fe₃O₄@MnO₂。经SEM、TEM、XRD、XPS和VSM手段表征，催化剂拥有良好的结晶度，外形规整，能够被磁铁吸引以达到回收目的。Fe₃O₄和MnO₂的复合具有互相促进活化Na₂SO₃、PDS和PMS的能力，当n(Fe₃O₄:MnO₂)=1:2.5时，催化效果最佳。

（2）分别选取Na₂SO₃、PDS和PMS作为氧化剂，在超声波辅助下，对地下水中新兴污染物二甲双胍进行降解。其中PMS体系降解性能最优，80 min内降解率最高为98.89%；PDS体系次之，最大降解率97.79%；Na₂SO₃可能受限于投加浓度，该体系最大降解率也可达92.38%。整体上，三种氧化体系对难降解PPCPs二甲双胍均表现出较好的氧化能力。

（3）三种氧化体系对于弱酸性至碱性环境均具有较宽泛的良好适应性，且在碱性pH下降解能力提升；较低的地下水硬度对氧化二甲双胍有促进作用，当地下水硬度太高后会有少许抑制，但抑制作用不强烈；对地下水中的阴离子和腐殖酸，三种氧化体系也都有不错的适应能力，尤其是PDS和PMS体系，在添加了阴离子和腐殖酸的环境中几乎不受抑制，这可能与不同氧化体系中占主导的活性氧化物质不同有关：Na₂SO₃体系主要依靠自由基途径生成的·SO₄^－和·OH进行氧化；PDS体系中是非自由基路径的¹O₂占据主导地位，其次是·SO₄^－和·O₂^－；PMS体系·O₂^－和¹O₂起关键作用。因此，PMS和PDS有较好的氧化性能和环境适应性，更利于工程实际应用。