分子筛催化剂_亚硫酸盐体系降解水中对乙酰氨基苯酚_权晓琪

文章编号:1001-3555(2019)06-0561-09收稿日期:2019-09-05;修回日期:2019-10-26．作者简介:权晓琪(1996－)，女，硕士生，研究方向:水污染控制，电话17303223630，电邮1156059511@qq．com(QuanXiaoqi(1996－)，female，Master＇sdegree，Ｒesearchdirection:Waterpollutioncontrol，TEL:17303223630，E-mail:1156059511@qq．com)．*通讯联系人，Tel:18330222657，E-mail:xupeiyao@163．com．分子筛催化剂-亚硫酸盐体系降解水中对乙酰氨基苯酚权晓琪，许佩瑶*，杨帆，谢文菲，汪黎东(华北电力大学环境科学与工程系，河北保定071003)摘要:过渡金属诱导亚硫酸盐体系产生硫氧自由基是一种新型的高级氧化技术，比常规的高级氧化过程(基于羟基自由基等)有更优越的性能．我们对过渡金属离子活化过硫酸盐和亚硫酸盐的硫氧自由基生成链式反应过程、自由基用于氧化有机污染物的国内外研究现状进行了大致总结，并以SBA-15介孔分子筛为载体，采用浸渍法制备Co-SBA-15固相催化剂，将此固相催化剂用于活化亚硫酸钠，产生强氧化性自由基，以此来降解制药废水中典型污染物对乙酰氨基酚(APAP)．通过正交试验，探讨了pH、温度、钴离子与亚硫酸根的比值(简称钴硫比)、气体含氧量等参数对污染物降解效果的影响．对催化剂进行表征，对体系中产生的自由基类型进行检测，结合实验结果和文献资料对降解产物进行了分析，探究了APAP的降解原理．关键词:高级氧化;硫酸根自由基;羟基自由基;分子筛催化剂;对乙酰氨基苯酚中图分类号:O643．32文献标志码:A现代制药行业的快速发展使难降解大分子有机废水的处理量日益增大，传统的生化处理法无法去除废水中难生化降解的物质，并且容易引起对环境的二次污染，因此研究如何处理难降解废水显得很有必要．制药废水中的一种典型药物:对乙酰氨基酚(n-acetyl-p-aminophenol，以下统称为APAP)，又名扑热息痛，在医学中是一种最常见解热镇痛药，是乙酰苯胺类药物中最好的品种．APAP进入人体后大部分会在肝脏代谢，中间代谢产物能造成肝脏、肾脏、血液系统、神经系统的毒副反应［1］．因此对于含对乙酰氨基酚制药废水的管控近年来得到了人们的广泛关注．自2000年来，基于SO·－4的高级氧化过程(SulfateＲadical-basedAdvancedOxidationProcesses，SＲ-AOPs)成为了水处理领域的新热点［2－3］．硫酸根自由基(SO·－4)的高级氧化过程具有氧化能力强(氧化还原电位的范围在不同pH下达2．5～3．1V)［4－6］、选择性强、pH适应范围大(一般在3～10范围内都有很强的氧化能力)等优点，在有机污染物的降解中有着良好的应用前景．硫酸根自由基SO·－4、SO·－5可以由过硫酸盐活化产生，但由于过硫酸盐制备成本较高，且本身就具有持久毒性和很强的氧化性，反应余渣也可能会造成二次环境污染，近年来研究者开始寻求更为环保的替代物—亚硫酸盐，其优点很突出:与金属有很好的反应能力，并且自身低毒，价格也更低廉．研究发现:空气中的铁分子可以催化亚硫酸盐自发氧化，产生硫酸根自由基［7］．由于亚硫酸盐活化技术的研究相对较晚，所以较之于过硫酸盐活化，有关的报道相应较少，不过近几年基于亚硫酸盐活化的高级氧化技术已经成为了新的发展趋势．除了前文介绍的过渡金属均相催化的Fe，还有Mn，Co等离子［8－10］，也有一些多相催化的反应体系．基于钴离子在常温常压下活化亚硫酸根产生具有强氧化性的硫酸根自由基，来氧化水中微量的大分子有机物的原理，采用浸渍法将钴离子负载到SBA-15介孔分子筛上，采用非均相催化氧化方式，防止金属离子直接溶解入水体，对水体产生二次污染．以APAP为研究对象，考察了亚硫酸盐体系降解过程的降解机理及催化剂投加量、溶液pH值、反应中通氧量、反应温度等因素对APAP降解的影响．研究结果表明:1)钴离子在非均相条件下诱导亚硫酸盐体系对APAP的降解效果较好，降解率能第33卷第6期分子催化Vol．33，No．62019年12月JOUＲNALOFMOLECULAＲCATALYSIS(CHINA)Dec．2019DOI:10.16084/j.cnki.issn1001-3555.2019.06.008达到91%;2)提高钴离子催化剂的投加量能增加APAP的降解效率，降解反应在30min之内反应完全;3)APAP在亚硫酸盐体系中有较宽的pH范围，以中性为最佳向酸性和碱性逐渐降低;4)提高反应时通入氧气的含量能增加APAP的降解率，当含氧量大于50%以后降