EDDS改良异相Fenton/光-Fenton反应机制及其与过氧化氢减量化研究

Ethylenediamine-N,N'-disuccinic acid has been proved to be efficient in the modification of traditional Fenton system. Compared to EDTA, EDDS has better environmental characteristics, but the modification system using EDDS has some defects especially in outflow of modifier, oxidant and iron. In this research, EDDS- modified heterogeneous Fenton/photo-Fenton system will be used in Bisphenol A degradation. Firstly, in the degradation processes, the concentration of BPA, EDDS, H2O2, dissolved iron/ferrous ion, dissolved oxygen and pH value will be simultaneously monitored; the radical trapping methods and steady-state approximation dynamics methods will be combined to determine the source and steady-state concentration of different radicals; and the surface complexes will be characterized. The results of all the experiments above will be summarized together to reveal the mechanism of the modified Fenton/photo-Fenton processes. Secondly, the effect of several impact factors on BPA degradation, including iron oxides type and dosage, initial pH value, initial EDDS and H2O2 concentration, dissolved oxygen concentration and normal anion/cation concentration, will be explored; response surface analysis will be used to determine the optimal oxidation condition and to establish the composite equation between BPA degradation and impact factors; the program which regulates other factors in order to reduce concentration of modifier and oxidant will be conducted through equation and verified by experiments. Finally, the degradation products of BPA and EDDS will be detected to determine the degradation scheme and product toxicity, which will provide the basis for comprehensive understanding of modification effect.

N,N'-乙二胺二琥珀酸已被证明可以改良传统均相Fenton反应，相对于EDTA，EDDS有更好的环境特性，但在改良剂、氧化剂与铁的流失方面仍存在缺陷。本项目拟将EDDS改良铁氧化物异相Fenton/光-Fenton反应用以降解双酚A，同步监测BPA、EDDS、过氧化氢、溶解态铁/亚铁离子浓度、pH、溶解氧浓度变化，用自由基捕获方法与稳态近似动力学方法确定自由基来源及稳态浓度，结合表面配合物的表征，揭示新型Fenton/光-Fenton反应机制；研究铁氧化物类型及投加量、初始pH值、EDDS和过氧化氢初始浓度、溶解氧浓度以及常见阴阳离子等对体系氧化效率的影响，以响应面分析法确定最佳氧化条件，建立BPA降解效率与影响因子间的复合方程，通过方程确定减少改良剂与氧化剂投加量而调整其他因子的方案并加以验证；最后检测BPA与EDDS降解产物，确定其降解历程及产物毒性，为全面认识改良效果提供依据。

针对传统Fentont体系中的诸多问题，将已经被证实可以有效用于均相Fenton体系的N, N’-乙二胺二琥珀酸（EDDS）用于改良铁氧化物构建的异相Fenton及光-Fenton体系，以期克服传统Fenton体系的问题，为进一步实际利用提供理论及实验依据。主要研究内容包括：（1）利用磁铁矿，赤铁矿以及水铁矿等多种铁氧化物，与EDDS结合建立新型多相Fenton，光-Fenton体系和光催化体系，研究EDDS对于体系效率及机理的影响；从中选取EDDS具有促进作用的体系进行深入研究，并分析产生抑制作用的体系的机理。（2）研究EDDS与铁氧化物结合的改良异相光-Fenton和光催化体系中的不同影响因素，包括铁氧化物的类型和投加量、初始pH值、EDDS和过氧化氢初始浓度，对于体系效率的影响，通过单因素实验和响应面分析获得优化的参数，提高体系的效率。（3）结合铁氧化物的表征，自由基捕获方法和稳态近似动力学方法，以及产物分析，揭示体系的反应机理及底物的降解历程；初步分析不同无机阴离子对体系效率的影响。（4）利用过硫酸盐和亚硫酸盐作为过氧化氢的替代物质，建立EDDS改良硫代光-Fenton体系，研究体系中不同影响因素对体系效率的影响，并对体系进行优化。（5）分析对比硫酸根自由基和羟基自由基为主要氧化活性物质的体系中，有机物质降解机理，降解产物以及无机离子和有机质影响不同，利用动力学模型的模拟和激光闪光光解实验相结合，阐释体系中自由基产生变化的过程，进一步了解体系的实质。 .综上所述，我们建立起了对有机污染物有较好降解效果的EDDS改良光-Fenton和光催化体系，并对体系参数进行优化，阐释了体系对有机物质的降解机理，并分析了几种无机离子和自然水体有机质对降解效率及机理的影响，对EDDS改良的光-Fenton和光催化体系有了较为全面的认识，为进一步的实际应用提供了实验和理论基础。