Fe和Al催化过氧化氢氧化有机物特征

2020-01-13韩长进菏泽家政职业学院山东菏泽274300

化工管理 2020年8期

韩长进(菏泽家政职业学院，山东菏泽 274300）

采用氧化方式处理水，能够将水中的有机物和无机物的形态以及分布产生影响，能够对消毒处理的过程中以及产生的其他物质也产生影响。水中的杂质多为有机物，在发生氧化作用的过程中，这些有机物会出现各种不同的变化和反应。一般在处理水的过程中，氧化并不能改变有机物，基本上是对其结构进行一些改变，这些改变会对有机物的毒性、溶解性以及迁移能力、与金属离子的络合能力产生影响。现阶段采用最新氧化技术，能够提升净水的效果，但是其中催化过氧化氢氧化有机物的特征需要进一步研究。

1 样品的收集和处理

1.1 样品的收集

在某内陆人工湖中采用皮德森式采泥器收集本实验使用的底泥，采取底厚度为10厘米。底泥中富含水体中的有机物，而且成分较为简单，具有一定稳定性，可以作为实验的样品。

1.2 样品的处理

将收集到的样本底泥采用自然风干的形式，去除其中的砾石进而研磨成粉末，利用2 毫米筛网进行筛选，应用18MΩ∕cm的超纯水进行水样配置。在该水样中有机碳的含量为2.62mg∕L，PH 值为4.96±0.05，水体温度在25℃左右，水体硬度为47mg∕L，COM的值为10.6mg∕L，底泥密度为2.71g·cm-3。在该实验中，所使用的药物级别均达到纯以上级别，并且实验过程中分为三组，第一是单独氧化过氧化氢，第二是Fe催化过氧化氢氧化，第三是Al催化过氧化氢氧化。

首先是稀释过氧化氢的浓度，将其变为1.0g∕L并作为储备液体作为实验主要材料，并将其倒入五份水样中，将水样浓度变为1.4mg∕L、2.1mg∕L、2.8mg∕L、3.5mg∕L、3.7mg∕L。在上述三组实验分别进行反应之后，进行取样测试，将Fe（ClO4）3和Al（ClO4）3作为反应使用的主要催化剂。通常来说，高氯酸盐对水体中有机物的正常吸光不存在影响或者影响程度较小。通过预实验处理之后，可以进行空白试验进行对比，主要是应用0.018mmol∕L 浓度的催化剂，这样能够避免高氯酸盐产生的一些影响，而且还能避免水体中出现絮状物体，这样和加金属离子的水体相比较，能够更有效的消除絮凝效果的影响，进而计算出具有准确性的催化剂氧化效率。

2 样品测定

一般金属离子的存在会对有机物的荧光和紫外反应发生影响，因此为了避免发生这种影响，采用比例为1:1的氯化氢溶液将水体的PH值调到3.0，之后再进行荧光扫描以及紫外扫描等实验，并在实验结果中校正由于溶液体积变化造成的溶液稀释影响问题。

2.1 三维荧光光谱实验

主要是利用荧光光谱仪进行三维荧光扫描，在220～415 纳米波长范围内，采用5纳米距离开展间断性、连续性扫描，并将44个发射光谱记录下来。对于发射波长范围为300～600纳米，可以设置增量为1 纳米，夹缝宽度为5 纳米，速度为每分钟600纳米，在实验过程中，将温度控制在20℃左右。利用拉曼散射去除水中空白光谱，在发射波长为1倍或者2倍的位置，采用零值将荧光强度数值进行替换，这样能够去除高强度的瑞利散射。

2.2 紫外光谱实验

主要是利用紫外光谱仪进行紫外扫描，在200～600 纳米的波长范围内，采用一分钟4800纳米的速度进行扫描，间隔距离为1纳米，采用PeakFit4.0对紫外吸收曲线进行拟合。

2.3 THMs测定方法

标液：将氯仿、溴仿、碘仿等标液各100微升吸取到10毫升的比色管中，采用甲醇制作混合标准溶液，将这三种卤仿浓度调至1mg∕L。

萃取：将25毫升水样放置于60毫升得到样品瓶中，并在样品瓶中加入3克硫酸钠，摇匀使其溶解，进而再加入2毫升MTBE，通过摇匀、震荡、萃取、静置等四个步骤之后，取上层萃取液0.5毫升，放置在5毫升的样品瓶中于零下20摄氏度进行保存。

对副产品进行消毒处理后采用气象色谱分析方式。色谱条件：进样口温度为230摄氏度，采用不分流进样方式，进样量为1微升，载入纯度为99.999%的氮气，流量为1ml∕min，ECD温度为260 摄氏度，采用0.5nA，采用浓度为99.999%的氮气进行尾吹气，流量为30ml∕min，温度在20分钟内升高35摄氏度。

实验结果需要经过三次重复试验验证。

3 实验结果研究

3.1 催化氧化荧光区域

在该实验中主要将有机物荧光面积分为五个区域，区域1：荧光信号主要是一些酪氨酸的蛋白类有机物；区域2：主要是一些氨酸、甲酸或者乙酸类的有机物；区域3：主要是在紫外线区，含有一些酚类、醌类等有机物；区域4：主要是一些微生物产生的代谢物质，比如蛋白类物质、色素或者小分子有机酸等；区域5：主要是在可见光区，含有一些多环芳烃、胡敏酸以及富里酸等大分子类的有机物。

经过试验发现，水样中5 个区域的荧光值总量去除率比较顺序为单独氧化＜Al 催化＜Fe 催化。对各个区域荧光变化量进行分析，发现第一组实验中的各个荧光区域中并没有产生明显的变化。在第三组实验的区域1 和区域2 都产生了明显的变化，而且这两个区域比较，区域2的变化更大，荧光的去除率达到了77%，其余区域未发生变化。在第二组实验中各个区域都产生了明显的变化，而且其中区域4的变化更为明显。

在这三种实验中，不同的有机物发生的氧化反应也不同，主要表现在反应程度和氧化位置上。当过氧化氢的投量为3.5mg∕L 时，各个区域的积分面积下降幅度分别为75%、73%、81%、93%、86%，在第三组实验过程中，同等剂量的对于前四个区域也有不同的荧光去除率，分别为30%、20.6%、24%、11%。

3.2 催化氧化紫外差异

采用紫外吸收光谱实验的方式，得到了数据更为准确的结构变化结果。对水体中有机物产生的单独氧化过氧化氢、催化氧化过氧化氢等实验产生的紫外线吸收光谱进行去卷积处理，明确差异吸收峰值，进而进行对比研究。单独氧化、Fe 催化氧化、Al 催化氧化对水体有机物的紫外吸收光谱破坏点均在272nm左右出现数值一致的情况，但是破坏程度却不同，比如过氧化氢的投量为3.5mg∕L、催化剂浓度为0.018mmol∕L，紫外吸收差异值单独氧化、Fe 催化氧化、Al 催化氧化分别为7.0%、18.9%、8.3%。从这可以分析出Fe 和Al 具有催化氧化的效果，能够增加结构位点的破坏程度，但是Fe 离子的催化效果更强。经过计算，单独氧化、Fe催化氧化、Al催化氧化对水体中有机物紫外结构的影响差异较为明显，这可能这三种催化氧化方式的作用位点有关，导致产物中含有的化学官能团出现不同点。