高盐有机废水的氧化降解动力学及有机卤代副产物生成机制研究

The halide ions (Cl-, Br-) in high salinity organic wastewaters can scavenge the oxidative radicals in advanced oxidation processes (AOPs), which can affect the treatment efficiency of organic pollutants and possibly lead to the formation of high toxic or even cancerogenic halogenated organic byproducts.   Therefore, it is urgent to study the oxdative degradation mechanims of high salinity organic wastewaters systematically. In this study, the homogeneous UV/H2O2 system based on hydroxyl radicals, the heterogeneous UV/TiO2 system and the emerging SO4•--based cobalt/peroxymonosulfate (Co/PMS) system were chosen to treat the simulated saline organic wastewater. The effect of halide ions (Cl-, Br-) on organic removal rate, the variation of radicals and halogenated organic byproducts formed were investigated. This project aims to clarify the degradation kenetics of high salinity organic wastewater, and reveal the generative and attenuation mechanisms.of halogenated organic byproducts. This work may have significant technical implications for the application of more complex systems of relevance to oxidation of organic contaminants in the high salinity wastewater.

高盐有机废水中的无机卤离子(Cl-、Br-)可以捕获高级氧化体系(AOPs)中的氧化自由基，影响有机物的处理效率，并且可能导致有毒甚至致癌的有机卤代副产物的生成。因此，开展高盐有机废水氧化降解机理的研究是一项非常紧迫且具有重要现实意义的课题。本项目拟选取基于•OH的均相氧化体系UV/H2O2、基于氧化空穴和•OH的非均相光催化体系UV/TiO2和一种新兴的基于硫酸自由基(SO4•-)的钴/单过氧硫酸氢钾(Co/PMS)均相体系，系统研究废水中的卤离子(Cl-、Br-)对有机物降解速率、自由基变化、有机卤代副产物种类及浓度的影响。本项目的目的在于阐明高盐有机废水的降解动力学规律，揭示有机卤代副产物的生成及衰减机制，为高盐有机废水的高效无害化处理提供重要的技术支撑。

项目以高盐有机废水降解动力学和有机卤代副产物（AOX）的生成机制为研究目标，构建了基于硫酸自由基，羟基自由基，空穴等为主要氧化物种的多种典型高级氧化体系（AOPs），包括均相UV/K2S2O8反应体系、均相钴/单过氧硫酸氢钾（Co/PMS）、非均相Co3O4/PMS、负载型Co3O4/石墨烯气凝胶/PMS体系、UV/TiO2和UV/H2O2体系等。深入研究了氯离子和溴离子对有机污染物降解效率、矿化度的作用规律，并考察了溶液pH对卤素离子影响的作用规律。在对反应过程中活性自由基及非自由基活性物种转化的实验室研究的基础上，建立了多种AOPs的动力学反应模型，对氧化自由基、氯离子、氯自由基、非自由基型含氯活性物种等的转化规律进行模拟分析，分析比较不同活性物种对有机污染物的贡献率，计算各主要反应的敏感度，确定了限速反应。对典型AOPs的AOX进行定性及定量分析，考察了不同反应条件下AOX的生成规律。根据自由基/非自由基化学反应原理，揭示AOX的生成及衰减机制，为实现高盐有机废水高效、无害化降解提供了重要的科学参考。本项目共在J. Mater. chem. A、ACS Appl. Mater. Interfaces、Chemosphere等国际权威期刊发表8篇SCI学术论文，授权发明专利5项，培养硕士研究生8名。