硫化纳米零价铁活化过二硫酸盐降解废水中四环素

摘要

硫化零价铁（S–nZVI）因其电子传递效率高、选择性好，近年来在水处理领域应用广泛。将S–nZVI与高级氧化技术结合，可发挥材料优异的催化性能，实现对污染物的高效降解。本文以硫脲为硫源制备高活性S–nZVI，构建S–nZVI活化过二硫酸盐（PDS）高级氧化体系实现对四环素（TC）的高效降解。采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、比表面积（BET）、X射线光电子能谱仪（XPS）等表征方法分析S–nZVI的组成结构和表面形貌，考察硫铁物质的量的比（S/Fe）、硫化时间、S–nZVI投加量、PDS浓度、溶液初始pH和共存离子对TC降解的影响作用，通过活性物种淬灭实验和电子顺磁共振实验（EPR）探究自由基和非自由基活性物质对TC的降解作用，利用液相色谱–质谱联用（LC–MS）分析TC降解的可能路径。结果表明：纳米零价铁（nZVI）经硫化改性后，比表面积增大，Fe和S均匀地分布在材料表面；S/Fe对TC降解的影响作用较小，TC降解率与S–nZVI投加量和PDS浓度呈正相关，但随着硫化时间增加呈现降低趋势；S–nZVI/PDS体系在较宽pH范围（pH=5～9）内均具有较优的TC降解效果；反应溶液中存在不同阴离子时，TC降解率受到不同程度抑制作用，其中HCO₃^-抑制作用最为显著；当S/Fe为0.028、硫化时间为2 h、S–nZVI投加量为1 g/L、PDS浓度为2 mmol/L，不调节初始溶液pH时，反应120 min后TC降解率可达94.6%;S–nZVI/PDS体系的活性物种除常见自由基(SO₄^·-和HO·)外，还包括非自由基活性物质Fe（Ⅳ），但Fe（Ⅳ）对TC的降解作用较小；TC降解主要通过特定官能团裂解和开环反应进行，最终氧化降解成CO₂和H₂O。

关键词

硫化纳米零价铁 / 过二硫酸盐 / 四环素 / 影响因素 / 降解机理