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多羟基亚铁耦合臭氧同步去除重金属和有机物——以Cu(Ⅱ)-EDTA去除为例

收稿日期:2024-07-17 修回日期:2024-09-05

DOI:10.20078/j.eep.20240910

摘要:重金属-有机络合物废水因其难以被生物降解,是工业废水治理的重要难题之一。首次提出采用还原和络合能力更强的多羟基结构态亚铁(FHC)还原破络Cu(Ⅱ)-EDTA以去除铜。利用原位生成的CuFe_2O_4、Cu_2O等活性金属催化臭氧(O_3)... 展开+
摘要:

重金属-有机络合物废水因其难以被生物降解,是工业废水治理的重要难题之一。首次提出采用还原和络合能力更强的多羟基结构态亚铁(FHC)还原破络Cu(Ⅱ)-EDTA以去除铜。利用原位生成的CuFe_2O_4、Cu_2O等活性金属催化臭氧(O_3)生成·OH,促进有机配体的完全矿化,最终实现重金属和有机配体的同步去除。在优化条件下,当FHC的[Fe^2+]∶[OH^-]配比为1∶3,投加量为2 mmol/L,O_3剂量为10 mg·min-1时,可在60 min内将0.2 mmol/L Cu(Ⅱ)-EDTA中的铜和有机配体完全去除,且无残留铁存在。当[FHC(1∶3)]∶[Cu(Ⅱ)-EDTA]高于5∶1时,可确保铜被完全破络去除,并且通过提高FHC中[OH-]的比例,而非增加FHC投加量,可以提高Cu(Ⅱ)-EDTA破络去除的经济性。研究表明,该工艺不受Cl-、NO_3^-、SO_4^2-等常见阴离子的影响,具备良好的抗环境干扰能力。破络后原位生成的CuFe_2O_4、Cu_2O以及臭氧催化氧化后形成的Fe_3O_4均具有磁性,具备磁力分离的潜力。电子自旋共振(EPR)结果证实了原位生成产物可催化O_3产生·OH、1^O_2和·O^-2。淬灭实验结果显示,加入叔丁醇(TBA)后EDTA的去除率从100.0%降至57.7%,间接证明·OH参与了EDTA的降解。基于LC-MS的分析结果证明,FHC还原破络Cu(Ⅱ)-EDTA形成乙二胺四乙酸铁(Fe-EDTA),通入O_3后,Fe-EDTA中的N—C键被·OH和O_3破坏,连续脱羧形成三乙酸乙二胺铁(Fe-ED3A)、二乙酸乙二胺铁(Fe-ED2A)、甘氨酸、次氮基三乙酸铁(Fe-NTA)和次氮基三乙酸(NTA)等中间产物,或进一步通过乙酸基团取代形成亚胺二乙酸铁(Fe-IMDA)和亚胺二乙酸(IMDA),并最终矿化为CO_2和H_2O。该技术对于重金属-有机络合物废水治理具有借鉴参考意义。 

收起-

作者:

  • 邰伟
  • 叶国杰
  • 何群彪
  • 吴德礼*

作者简介

作者简介:邰伟(1998-),男,河南信阳人,硕士研究生,主要研究方向为工业废水处理与资源化技术。E-mail:taiwei@tongji.edu.cn
通讯作者:吴德礼(1977-),男,上海人,教授,主要研究方向为污染物转化与高级氧化过程、亚铁矿物驱动的环境修复机制、废水深度处理与资源回收新技术、环境污染控制创新技术工程化应用。E-mail:Wudeli@tongii.edu.cn

单位

  • 同济大学 环境科学与工程学院

关键字

  • 原位催化
  • 多羟基结构态亚铁
  • 臭氧催化氧化
  • 重金属有机络合物
  • 同步去除

基金项目

国家自然科学基金资助项目(52170091,42377390)

引用格式

邰伟, 叶国杰, 何群彪, 吴德礼. 多羟基亚铁耦合臭氧同步去除重金属和有机物——以Cu(Ⅱ)-EDTA去除为例[J/OL]. 能源环境保护: 1-14[2024-10-14]. https://doi.org/10.20078/j.eep.20240910.

TAl Wei, YE Guojie, HE Qunbiao, WU Deli. Simultaneous removal of heavy metals and organic matter by ferrous hydroxyl complex coupled with ozone: An case study of Cu(Ⅱ)-EDTA remoyal[J/OL]. Energy Environmental Protection: 1-14[2024-10-14]. https://doi.org/10.20078/j.eep.20240910.

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