半胱氨酸强化针铁矿类芬顿反应降解2,+4-二氯苯酚及影响因素

生态环境学报2020,29(1):207-214http://www.jeesci.comEcologyandEnvironmentalSciencesE-mail:editor@jeesci.com基金项目：广东省科学院实施创新驱动发展能力建设专项（2019GDASYL-0102006）作者简介：潘心宇（1993年生），女，硕士研究生，研究方向为铁基纳米材料的水污染控制。E-mail:1346849621@qq.com*通信作者：李季（1964年生），女，副教授。E-mail:ljyu191@sohu.com收稿日期：2019-10-17半胱氨酸强化针铁矿类芬顿反应降解2,4-二氯苯酚及影响因素潘心宇1,2，王娅茹1，刘凯2，李季1*，方利平21.中国地质大学（武汉）材料与化学学院，湖北武汉430070；2.广东省生态环境技术研究所，广东广州510650摘要：2,4-二氯苯酚（2,4-dichlorophenol，DCP）是一种高毒性有机污染物，可对生态环境和人类健康构成严重威胁，因此，DCP降解是水环境研究关注的重点。以针铁矿为原料，在有氧避光条件下，研究了半胱氨酸强化针铁矿类芬顿反应降解DCP的反应机制，以及体系中半胱氨酸浓度、过氧化氢浓度、不同pH值和有机配体等因素对半胱氨酸强化针铁矿类芬顿反应降解2,4-二氯苯酚的影响。结果表明，半胱氨酸的加入通过促进Fe(Ⅲ)还原为Fe(Ⅱ)，强化针铁矿类芬顿反应降解DCP。在半胱氨酸（1mmol·L−1）存在时，针铁矿/过氧化氢体系对DCP的降解率提高了1.9倍，但随着半胱氨酸浓度的增加到5mmol·L−1，过量半胱氨酸与体系中过氧化氢发生反应，导致DCP降解率随着半胱氨酸浓度增加而先升高后下降，其中羟基自由基是氧化降解DCP的主要活性物种。过氧化氢浓度的增加（1—10mmol·L−1）能够促进类芬顿反应，提高DCP降解率，但过量的过氧化氢会消耗体系中的半胱氨酸，使DCP降解率下降。在不同pH（3、4、5、7）条件下，DCP降解率随pH值升高而下降，在pH=3时DCP降解率最大，为80.3%。另外考察了水体中不同有机配体对DCP降解的影响，结果表明腐殖酸和草酸对DCP的降解均起到了促进作用，而柠檬酸则表现出对DCP降解的抑制作用。该研究结果对实现水体高效降解DCP污染具有重要的理论指导意义。关键词：羟基自由基；芬顿反应；DCP；针铁矿；半胱氨酸DOI:10.16258/j.cnki.1674-5906.2020.01.024中图分类号：X13文献标志码：A文章编号：1674-5906（2020）01-0207-08引用格式：潘心宇,王娅茹,刘凯,李季,方利平,2020.半胱氨酸强化针铁矿类芬顿反应降解2,4-二氯苯酚及影响因素[J].生态环境学报,29(1):207-214.PANXinyu,WANGYaru,LIUKai,LIJi,FANGLiping,2020.Degradationof2,4-dichlorophenolbycysteine-enhancedgoethitefenton-likereactionanditsinfluencingfactors[J].EcologyandEnvironmentalSciences,29(1):207-214.2,4-二氯苯酚（2,4-dichlorophenol，DCP）是一种重要的化工原料，被大量用于除草剂和防腐剂的生产中，在水中有高毒性､高化学需氧量等特性，进入生物体后会有致癌变、致畸、致突变等危害，在水中含量丰富，对生态环境和人类都具有巨大危害（Zadaetal.，2018）。DCP被美国环保署列为优先污染物。此外，中国也将CP、DCP、TCP和PCP等氯酚类物质列进了地下水环境优先控制污染物（朱菲菲，2013）。传统的吸附和过滤难以降解这些污染物，只能做到氯酚类有机物在不同相态之间的转移，而不是真正的降解，需要结合其他的处理方法使用（张景飞等，2003；Chenetal.，2004；Zhangetal.，2004）。高级氧化工艺在降解有机污染物上有潜在的作用，能将DCP氧化为无毒或者低毒的物质，因此受到广泛的关注。芬顿和类芬顿反应都是高级氧化的一种（Taoetal.，2007），因其高效､低毒易于控制而被广泛关注。但是，芬顿反应体系也有其缺点，适用pH范围窄，过氧化氢消耗量高，体系Fe(Ⅲ)的积累等限制了芬顿反应体系的应用（Chenetal.，2011；Kremer，2003；Lietal.，2016）。在芬顿反应体系中，Fe(Ⅱ)存在的情况下，可以催化过氧化氢分解产生羟基自由基(·OH)氧化大多数有机污染物。但是在过程中由于三价铁的还原速率低于二价铁氧化速率，会导致体系Fe(Ⅱ)的消耗，Fe(Ⅲ)的积累（Houeta