采用真空紫外燈（VUV）和雙模型介孔材料（BMMs）負載磷鎢酸（HPW）催化劑構(gòu)建光催化體系,探究該體系對水中全氟辛酸（PFOA）的脫氟效果.研究了PFOA初始濃度、HPW/BMMs投加量、初始p H值對體系脫氟的影響,并采用響應(yīng)曲面法（Response Surface Method,RSM）分析了最佳邊界反應(yīng)條件.結(jié)果表明,體系對PFOA具有明顯的脫氟效果:脫氟效率隨PFOA初始濃度的增大而減小;催化劑投加量為0.2 g·L^-1,脫氟效率最高達50.2%;體系p H為3⁴時,體系脫氟效果顯著.基于Box-Behnken響應(yīng)曲面法,各影響因子對脫氟效率的顯著性排序為:p H>PFOA初始濃度>HPW/BMMs投加量.p H值與HPW/BMMs投加量及初始PFOA濃度交互作用顯著,模型回歸性良好,最佳運行條件為:p H=3.82,HPW/BMMs投加量為0.3 g·L^-1,PFOA初始濃度為20 mg·L^-1,反應(yīng)4 h的脫氟率達到52.6%,與預(yù)測值相比偏差為1.2%.本研究為高效降解全... 

【文章來源】：環(huán)境科學學報. 2017,37(11)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

光催化反應(yīng)裝置示意圖

箱調(diào)控，在設(shè)定的時間間隔內(nèi)取樣，用離子色譜法檢測水樣中的F－濃度，以F－濃度來表征PFOA的降解情況．離子色譜儀(Dionex，ICS-90)工作條件:手動進樣器(進樣量1mL);色譜柱AS4A-SC4X250mm;流動相為Na2CO3(9mmol·L－1)，流速1mL·min－1;柱溫箱柱溫為40℃;帶有抑制器的電導率檢測器;掃描電流為45mA．氟離子標準曲線為:y=0．0．1039x(Ｒ2=0．9999)，定量F－的峰面積計算溶液中F－濃度．3結(jié)果與討論(Ｒesultsanddiscussion)3．1VUV、VUV/HPW、VUV/HPW/BMMs體系對PFOA的降解效果圖2VUV、VUV/BMMs、VUV/HPW、VUV/HPW/BMMs體系脫氟效果比較Fig．2PhotochemicaldefluorinationofPFOAunderVUV，VUV/BMMs，VUV/HPWandVUV/HPW/BMMssystem不調(diào)節(jié)pH值，反應(yīng)溫度通過恒溫培養(yǎng)箱控制為25℃，分別采用VUV、VUV/BMMs、VUV/HPW、VUV/HPW/BMMs體系降解10mg·L－1PFOA溶液，其中，BMMs、HPW和HPW/BMMs投加量均為0．2g·L－1，脫氟效果見圖2．由圖2可知，隨著紫外燈輻照時間增加，各體系脫氟率逐漸增大．反應(yīng)進行4h后，單獨的VUV體系脫氟率為18．7%，略高于VUV/BMMs體系，BMMs對體系的作用可忽略不計，對F－亦無吸附．加入HPW/BMMs后，體系對PFOA的脫氟率顯著提升至50．2%，遠優(yōu)于VUV/HPW體系．本研究中紫外燈發(fā)射的VUV占整個光譜范圍的12%～15%，體系光能以254nmUVC光為主，HPW和HPW/BMMs的加入均提高了體系的光能利用率，增加了光解途徑，HPW/BMMs具有巨大的比表面積和雙孔道結(jié)構(gòu)，保證了PFOA與活性位點的充分接觸．在紫外光照射下，除PFOA直接光解外，處于基態(tài)的［PW12O40］3－轉(zhuǎn)化為激發(fā)態(tài)的［PW12O40］3－*，［PW12O40］3－*奪取PFOA羧基上的電子使C

－1)PFOA的脫氟效果，結(jié)果如圖3所示．VUV/HPW/BMMs體系對各濃度PFOA均有明顯的脫氟作用．反應(yīng)4h后，脫氟率隨著PFOA濃度的增大而減小，在5、10、20、30、40mg·L－1濃度下的脫氟率分別為52．1%、50．2%、44．3%、33．5、29．8%．從光化學原理可知，在紫外燈功率恒定的條件下，產(chǎn)生的光密度恒定．在PFOA濃度較低時，豐富的光子量能滿足PFOA的直接光解和光催化降解，在較高的PFOA濃度下，可能會出現(xiàn)光子限制條件，產(chǎn)生的光子量無法滿足過量PFOA的直接光解和光催化降解，導致PFOA的脫氟率降低(梁小燕等，2013)．圖3PFOA初始濃度對VUV/HPW/BMMs體系脫氟的影響Fig．3EffectofinitialPFOAconcentrationondefluorinationinVUV/HPW/BMMssystem3．3HPW/BMMs投加量對VUV/HPW/BMMs體系脫氟的影響反應(yīng)溫度為25℃，初始pH值未調(diào)，PFOA初始濃度為10mg·L－1，考察不同HPW/BMMs投加量(0．1～1．0g·L－1)對PFOA脫氟的影響，結(jié)果如圖4所示．從圖4可見，VUV/HPW/BMMs體系對PFOA的脫氟率隨著HPW/BMMs投加量的增大呈先增大后減小的趨勢．在HPW/BMMs投加量為0．2g·L－1時，PFOA脫氟率達到最大值50．5%．在HPW/BMMs濃度較低時(＜0．2g·L－1)，隨著催化劑投加量的增加，催化位點增多，脫氟率相應(yīng)增大．當HPW/BMMs投加量超過0．2g·L－1，HPW/BMMs中磷鎢酸分子間相互吸附作用強，降低了磷鎢酸吸收光生空穴的效率，阻礙了強氧化性自由基［PW12O40］3－*的產(chǎn)生(黃志華，2015)．同時，HPW/BMMs投加量增加，對光反射增強，光吸收減少，光解效率下降，故PFOA脫氟率隨著HPW/BMMs投加量增加反而下降(武釧，2007)．綜上所述，在VUV/HPW/BMMs體系中催化劑投加量存在飽和點，過高的HPW/BMMs投加量反而對PFOA降解不利

【參考文獻】：
期刊論文
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[2]全氟辛酸誘導斑馬魚脾臟損傷及白細胞介素表達紊亂的免疫毒效應(yīng)研究[J]. 馬佳樂,侯萍,王思瑤,謝寧寧,沈旭丹,林康,吳聰慧,陸香君,張杭君.  環(huán)境科學學報. 2016(07)
[3]雜多酸光催化體系對全氟辛烷磺酸鉀的脫氟研究[J]. 黃志華.  廣東化工. 2015(13)
[4]介質(zhì)阻擋放電等離子去除PFOA的影響因素及機制研究[J]. 王莉,喻澤斌,李明樾,孫蕾,陳穎,彭振波,孫玲芳,項國梁.  環(huán)境科學學報. 2015(03)



本文編號：3401015