Ce3与Cu2协同强化芬顿体系氧化苯酚的效能与机制研究张剑桥

37820168ENVIＲONMENTALSCIENCEVol．37No．8Aug．2016Ce3+Cu2+150090Ce3+Cu2+．pHH2O2Ce3+/Cu2+/Fe2+/H2O2pH=5.0、H2O22.0mmol·L－1Cu2+Cu+Cu+H2O2·OHCe3+Fe3+Fe2+H2O2·OHCu2+Ce3+Ce3+、Cu2+·OH．X703.1A0250-3301201608-3067-06DOI10．13227/j．hjkx．2016．08．0302015-12-242016-03-212012BAC05B021985～[e-mail]tonOxidationofPhenolbyFentonProcessesbyAddingCe3+andCu2+IonsZHANGJian-qiaoCHIHui-zhongSONGYangLUOCong-weiJIANGJinMAJunSchoolofMunicipalandEnvironmentalEngineeringHarbinInstituteofTechnologyHarbin150090ChinaAbstractSynergisticeffectofCe3+andCu2+ontheoxidationefficiencyofphenolindifferentinitialpHandH2O2concentrationsbyFentonprocesseswasstudied．TheexperimentresultsillustratedthatCe3+/Cu2+/Fe2+/H2O2systemhadawiderscopeofapplicationthanFentonprocessintheaspectofpHandH2O2concentration．PhenolwasstillefficientlydegradedbyCe3+/Cu2+/Fe2+/H2O2atahigherpHpH=5.0andahigherH2O2concentration2.0mmol·L－1．InadditionCu2+couldreactwithquinone-likesubstratestheoxidationintermediatesofphenoltoproduceCu+whichcouldcatalyzethedecompositionofH2O2toform·OHwhileCe3+couldacceleratetheformationofquinone-likesubstratesandfacilitatethecyclingofFe3+andFe2+toenhancethedecompositionofH2O2toform·OHthemechanismanalysisilluminatedthesynergyofCe3+andCu2+．ThereactivespeciesinCe3+/Cu2+/Fe2+/H2O2systemwasstillprovedtobe·OHresultingfromthescavengingexperimentsbyaddingdifferentradicalscavengers．KeywordstrimetalFentonsystemceriumionphenolhydroxylradicalsynergisticenhancementquinone-likesubstrates·OHE=2.8V1．·OHH2O22～4．4～6．Fe3+Fe2+7．UV489．·OH1011·OH1112．HO2·/O·－2、H2O2·OH13．Ce3+Cu2+Cu2+Ce3+．11.1FeSO4、Ce2SO43、37CuSO4、H2O2、phenol、ATZ、BA、、、Milli-Q．HClO4．1.2、Waters269535℃0.05%1mL·min－1．＜0.2μmol·L－1∶=45∶55270nm225nm∶=65∶35230nm．1.3250mL100mL．25±0.04℃1mL4．22.1Ce3+、Cu2+Cu2+/Ce3+120minCe3+/H2O2Cu2+/H2O2Cu2+/Fe2+/H2O2Ce3+．3minCu2+/Fe2+/H2O2Fe2+/H2O250%20min70%Ce3+/Fe2+/H2O280%10min99%Ce3+/Cu2+/Fe2+/H2O299%Cu2+Ce3+/Fe2+/H2O2．pH0=3.0Ce3+/Cu2+/Fe2+/H2O2．2pH=3.0Ce3+/Cu2+/Fe2+/H2O299%pH=5.080%pH．pHpH=6.0．Fe2+0=Ce3+0=Cu2+0=20μmol·L－1phenol0=20μmol·L－1H2O20=2mmol·L－1pH0=3.01Fig．1OxidationefficiencyofphenolindifferentsystemspH3.0/4.0/4.2/4.6/5.04Ce3+/Cu2+/Fe2+/H2O2＞Ce3+/Fe2+/H2O2＞Cu2+/Fe2+/H2O2＞Fe2+/H2O2．Fe2+0=Ce3+0=Cu2+0=20μmol·L－1phenol0=20μmol·L－1H2O20=2mmol·L－1=5min2pHFig．2InfluenceofpHonphenoloxidationefficiencyindifferentsystems3pH0=3.0H2O20.1mmol·L－10.5mmol·L－1H2O21.0mmol·L－12.0mmol·L－1H2O2·OH·OH1415Ce3+/Cu2+/Fe2+/H2O2．H2O20.1mmol·L－12.0mmol·L－1Ce3+/Cu2+/Fe2+/H2O286038Ce3+Cu2+．5minCe3+/Cu2+/Fe2+/H2O295%．Fe2+0=Ce3+0=Cu2+0=20μmol·L－1phenol0=20μmol·L－1pH0=3.0=5min3H2O2Fig．3InfluenceofH2O2concentrationonphenoloxidationefficiencyindifferentsystemspHH2O2Ce3+/Cu2+/Fe2+/H2O2．Ce3+Cu2+．2.2Ce3+/Cu2+/Fe2+/H2O2Ce3+Cu2+Ce3+/Cu2+/Fe2+/H2O2·OH、．4·OHCe3+/Cu2+/Fe2+/H2O2Ce3+/Cu2+/Fe2+/H2O2·OH．1Ce3+、Cu2+·OH．Ce3+Cu2+Fe3+Fe2+·OH1617Ce3+/Cu2+/Fe2+/H2O2．2.3Ce3+/Cu2+/Fe2+/H2O2Ce3+Cu2+H2O2Cu2+Fe2+0=Ce3+0=Cu2+0=20μmol·L－1phenol0=20μmol·L－1H2O20=2mmol·L－1===50mmol·L－1pH0=3.04·OHCe3+/Cu2+/Fe2+/H2O2Fig．4Influenceof·OHscavengersontheoxidationefficiencyofphenolinCe3+/Cu2+/Fe2+/H2O2systemCe3+Cu2+．Ce3+Cu2+Ce3+/Cu2+/Fe2+/H2O2Ce3+Cu2+．2.3.1Ce3+Ce3+/Cu2+/Fe2+/H2O21Ce3+Ce3+H2O2·OH1819Ce3+Fe3+·OH．Ce3+Fe3+Fe3+Fe2+·OHHQ、SQ·20～231、2Ce3+·OH．Ce3+Ce3+/Fe3+/H2O2Fe3+/H2O2、．·OH．Fe3+→+HQFe2++SQ·k7=4.4×102mol·L·s－11Fe3++SO→·Fe2++BQk8=4.4×104mol·L·s－129603375Fe3+/H2O2Ce3+/Fe3+/H2O218%28%．Ce3+Fe3+Fe2+·OH．Fe2+0=Ce3+0=20μmol·L－1phenol0=10μmol·L－1BA0=10μmol·L－1ATZ0=200nmol·L－1H2O20=2mmol·L－1pH0=3.0=5min5Ce3+/Fe3+/H2O2Fe3+/H2O23Fig．5ComparisonoftheoxidationefficiencyofthreeorganiccompoundsinCe3+/Fe3+/H2O2andFe3+/H2O2system2.3.2Cu2+Ce3+/Cu2+/Fe2+/H2O2Cu2+HQH2O2Cu+32425Cu2+HQCu+H2O2·OH．Cu2+/HQ/H2O26．Cu2+→+HQCu++SQ·k7=5.0×107mol·L·s－136Cu2+/HQ/H2O2HQCu2+Cu+Cu+H2O2·OH．2.3.3Ce3+Cu2+Ce3+Cu2+Ce3+Fe3+Fe2+Cu2+0=20μmol·L－1ATZ0=1μmol·L－1H2O20=2mmol·L－1pH0=3.06Cu2+/HQ/H2O2Fig．6OxidationefficiencyofatrazineinCu2+/HQ/H2O2system．Cu2+Cu+H2O2·OH．Cu2+HQH2O2Cu+Fe2+0=20μmol·L－1phenol0=20μmol·L－1H2O20=2mmol·L－1pH0=3.07Ce3+/Fe3+/H2O2Fig．7InfluenceoftheratioofFeCeCuontheoxidationofphenolinCe3+/Fe3+/H2O2systemSQ·Fe3+SQ·Fe2+1、2、3．Ce3+、Cu2+Fe3+Ce3+/Cu2+/Fe2+/H2O2Ce3+Cu2+．2.3.47Fe2+0=20μmol·L－1Ce3+、Cu2+Fe∶Ce∶Cu1∶07038Ce3+Cu2+1∶1、2∶2∶1、4∶4∶1、2∶1∶24∶1∶43min5Ce3+/Cu2+/Fe2+/H2O23～5min99%、98.5%、98%、93%90%3Ce3+Ce3+/Cu2+/Fe2+/H2O2Cu2+Ce3+/Cu2+/Fe2+/H2O2Ce3+．31Ce3+/Cu2+/Fe2+/H2O2pH3.0～5.0、H2O22.0mmol·L－1．2Ce3+/Cu2+Ce3+、Cu2+．Ce3+、Cu2+Ce3+/Cu2+/Fe2+/H2O2．1AvettaPPensatoAMinellaMetal．Activationofpersulfatebyirradiatedmagnetiteimplicationsforthedegradationofphenolunderheterogeneousphoto-Fenton-likeconditionsJ．EnvironmentalScience＆Technology20154921043-1050．2．O3/H2O2J．20062791791-1797．3．UV/H2O2J．20153662129-2137．4．J．2012291110-116．5．EDTAFe3+/H2O2J．20082951255-1260．6．FentonJ．20153672597-2603．7NeyensEBaeyensJ．AreviewofclassicFenton'speroxidationasanadvancedoxidationtechniqueJ．JournalofHazardousMaterials2003981-333-50．8ChenLWLiXCZhangJetal．ProductionofhydroxylradicalviatheactivationofhydrogenperoxidebyhydroxylamineJ．EnvironmentalScience＆Tec