PSF多相UV-Fenton体系原儿茶酸与龙胆酸的增效对比

苏晓轩,徐国鹏,李献众,刘力章,陈建新*

PSF多相UV-Fenton体系原儿茶酸与龙胆酸的增效对比

苏晓轩1,2,徐国鹏1,2,李献众1,2,刘力章3,陈建新1,2*

(1.南昌大学资源环境与化工学院,江西 南昌 330031；2.鄱阳湖环境与资源利用教育部重点实验室,江西 南昌 330031；3.江西省环境科学研究院,江西 南昌 330077)

对比研究了原儿茶酸和龙胆酸对聚合硅酸铁(PSF)多相 UV-Fenton体系降解橙Ⅱ的增效能力,分析了两种增效体系中铁离子转化、H2O2分解以及·OH生成之间的关系,探讨了两种增效试剂对PSF多相UV-Fenton体系的增效机制.结果表明:原儿茶酸和龙胆酸均能够有效促进催化剂Fe2+生成与释放,进而提高体系·OH的浓度、促进橙Ⅱ的降解.相对原儿茶酸,龙胆酸对PSF的还原能力更强,其相应增效体系中·OH的浓度更高、橙Ⅱ的降解速度更快.0.2mmol/L的增效浓度下,橙Ⅱ在原儿茶酸和龙胆酸增效体系中第一段脱色速率常数能分别从基础体系的0.11min-1提高至1.68和2.48min-1,分别增加14.27倍和21.55倍.原儿茶酸和龙胆酸能够循环增效PSF多相UV-Fenton体系降解橙Ⅱ,反应结束后PSF对Fe3+的再吸附使得溶液总铁离子浓度低于5mg/L,从而避免催化剂铁元素的损失以及铁离子的二次污染,表明原儿茶酸和龙胆酸均是PSF多相UV-Fenton 体系的高效增效试剂.

多相UV-Fenton体系；聚合硅酸铁；原儿茶酸；龙胆酸；橙Ⅱ

随着我国工业的发展,高效处理工业废水技术的开发日益迫切.染料废水因其色度高、难降解、毒性大、水量大、化学需氧量高等特点,成为我国最难处理的工业废水之一[1].传统的物化法、生化法、化学法等处理技术对染料废水的处理效果难以保证[2-4].高级氧化技术(AOPs)因其高效性被广泛应用于染料废水处理.其中,多相UV-Fenton技术具有对染料脱色速度快、矿化彻底、无二次污染等优点,是最受关注的染料废水有效处理技术之一[5].

对于多相UV-Fenton体系,催化剂的开发和催化过程的调控是技术核心[6].目前国内外对铁氧化合物[7-9]、铁硫化合物[10-12]以及有机铁(二茂铁)[13-14]等多相UV-Fenton催化剂开展过广泛的研究.聚合硅酸铁(PSF)作为一种新型混凝剂,其在高级氧化技术中的应用近年来引起广泛关注[15-18].研究发现,将低硅-铁比的PSF作为多相催化剂应用于UV- Fenton降解染料废水,发现其催化能力远高于铁氧化合物,是一种高效的多相UV-Fenton催化剂.相同条件下,体系中染料脱色一级动力学常数高达0.26min-1,分别是Fe2O3、Fe3O4、α-FeOOH、Fe2O3@γ Fe3O4的3.15倍、2.39倍、1.51倍和1.99倍[19].

多相UV-Fenton体系中,低效的亚铁离子转化率是其处理废水能力的限制性因素,提高亚铁离子转化率是该体系处理能力提升的关键[20].研究发现原儿茶酸对Fe3+具有较好的化学还原能力,能够有效增加类芬顿体系(Fe3+-H2O2)中Fe2+的生成,并使该体系降解甲草胺的速率提高10000倍[21].龙胆酸是原儿茶酸的一种同分异构体,是水杨酸经人体肾脏代谢之后的一种次要产物[22].据报道,龙胆酸也具有较强的还原能力[22-23].在PSF多相UV-Fenton体系中,将原儿茶酸与龙胆酸作为还原试剂引入,能够进一步增效该体系中亚铁离子的生成,有望开发染料等有机工业废水的高效处理技术.目前,国内外对PSF多相UV-Fenton体系有机酸同分异构体之间增效能力的差异缺乏深入研究,通过研究其化学还原催化剂释放亚铁离子的能力和有机物降解的增效能力的规律,能够为新型增效试剂的选择提供新思路.

本文选用二羟基苯甲酸的两种同分异构体原儿茶酸和龙胆酸作为增效试剂,对比研究了两者对PSF多相 UV-Fenton体系降解染料橙Ⅱ的增效能力,分析了两种增效体系中铁离子的转化、H2O2分解和·OH 生成之间的关系,探讨其对PSF多相UV-Fenton体系的增效机制,为高效多相 UV- Fenton水处理技术的开发提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 实验仪器

PH400 基础酸度计(上海安莱立思仪器科技有限公司);V-1600可见分光光度计(上海翱艺仪器有限公司);UV2300紫外/可见分光光度计(上海天美科技有限公司);Optima 2100DV ICP发射光谱仪(美国 Perkin Elmer公司),Multi N/C2100型总有机碳分析仪(德国耶拿分析仪器股份有限公司),Nicolet is50 傅立叶变换红外光谱仪(美国热电尼高力公司); ESCALAB25OXi 型X射线光电子能谱仪(赛默飞世尔有限公司).

1.2 实验试剂

以下试剂如无特殊说明均为分析纯:硅酸钠、硝酸铁、盐酸、硝酸、邻菲罗啉、乙酸、乙酸铵、硫酸(优级纯)、硫酸钛(化学纯)、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、亚硫酸钠、氢氧化钠、30%过氧化氢、购于西陇科学有限公司;香豆素(99%)和橙Ⅱ(生物染色剂)购于Aladdin(上海);3、4-二羟基苯甲酸(原儿茶酸)、2、5-二羟基苯甲酸(龙胆酸)购于上海麦克林生化科技有限公司;溶液均用去离子水配置.

1.3 催化剂的制备

本实验所用聚合硅酸铁以硝酸铁和硅酸钠为原料通过溶胶凝胶法制得[24-25].具体步骤为:将硅酸钠溶液逐滴加入到硝酸铁溶液中并不断搅拌,同时检测体系中pH值.当体系中pH值稳定到(8±0.2)时,停止滴加.静置1h后,放于60℃恒温水浴箱中老化6h.缓慢倾倒上清液,保留底部沉淀,反复用去离子水清洗[19,26],直至上清液为中性.将沉淀于60℃烘干、研磨过200目筛,制得催化剂(PSF)成品避光干燥保存.

1.4 实验方法

反应在自制的光化学反应器中进行[7],反应器由外层恒温水浴层、中间光催化反应层和内置紫外灯(6W 254nm)的石英套管光源层3部分组成.底部放置磁力搅拌器使体系保持均匀混合.反应器放置于自制避光空间中,以避免其他光源的干扰.

具体的橙Ⅱ降解实验为:将1.0g/L的催化剂、增效试剂和750mL 0.2mmol/L pH值为3.0的橙Ⅱ溶液加入到反应器的反应层,然后保持30℃恒温水浴并磁力搅拌.暗光搅拌30min吸附平衡后,加入10mmol/L H2O2的同时打开紫外灯并开始计时,以此作为反应零时刻,最后在预设的反应时刻取样.

羟基自由基的定量分析用香豆素荧光光度法[8-9]:在预设的时间取反应溶液5mL加入50mL 2mol/L香豆素溶液(pH=3.0)中,立刻将混合液放入另一个避光空间相同紫外灯下持续搅拌5min.过滤后立即取2.2mL滤液与0.5mL终止剂[27](pH=7.2 的NaH2PO4和Na2HPO4混合溶液)均匀混合,测量其荧光强度.溶液中总铁和亚铁离子的测定用0.22μm水相滤头过滤,其它样品均用0.45μm水相滤头过滤.

催化剂使用前后用傅里叶红外光谱仪(FTIR)和X射线光电子能谱仪进行分析.反应后的溶液静置、沉淀、干燥回收催化剂进行一次表征.第一次反应完成后向体系中加入0.2mmol/L浓度的目标污染物橙Ⅱ和增效试剂,暗光搅拌30min后加入H2O2反应后同样的方法回收催化剂进行2次循环的表征.第三次循环的实验方法同上.

1.5 分析方法

橙Ⅱ浓度的测定采用分光光度计法,测量不同时刻其最大吸收波长(484nm)处的吸光度,通过标准曲线进行换算.橙Ⅱ的脱色速率常数用一级动力学方程拟合计算:

-ln(c/0)=(1)

式中:0为初始橙Ⅱ浓度,mg/L;t为设定时刻的橙Ⅱ浓度,mg/L;为橙Ⅱ的脱色速率常数,min-1;为反应时间,min.

羟基自由基与香豆素生成7-羟基香豆素,测量其在460nm处的荧光强度,通过标准曲线进行换算,用上述试验方法,实测数值是稀释了13.5倍后的浓度值.总铁用ICP发射光谱仪测定;亚铁通过邻菲罗啉分光光度计法测定;过氧化氢通过硫酸钛分光光度计法测定.除表征实验外,所有实验重复3次,数据取3次结果平均值.

2 结果与讨论

2.1 原儿茶酸和龙胆酸增效PSF多相UV-Fenton体系降解橙Ⅱ的对比

由图1可见,2种增效试剂均能明显加速橙Ⅱ的脱色,表明2种酸均是PSF多相UV-Fenton体系的高效增效试剂.

近年研究表明,在高效高级氧化体系中,染料的脱色可以明显分为2个阶段,用分段拟合法计算体系中染料的脱色速率常数更为合理[8,28].根据图1数据,用一级动力学方程分别对基础体系和增效体系中橙Ⅱ脱色的2个阶段进行回归拟合,结果见图2;回归计算得到的“第一段”和“第二段”2个阶段的橙Ⅱ脱色速率常数列于表1.

如图2所示,在PSF多相UV-Fenton体系中,原儿茶酸和龙胆酸的加入能够将橙Ⅱ的“第一段”脱色段延续的时间从3min缩短到1min;相应地,橙Ⅱ“第一段”脱色的速率常数均能得到极大地提高;随原儿茶酸与龙胆酸浓度的增加,两种增效体系中橙Ⅱ的“第一段”脱色速率常数呈现先快速上升后缓慢降低的趋势.

由表1可见,龙胆酸对PSF多相UV- Fenton体系降解橙Ⅱ的增效能力明显强于原儿茶酸.以增效试剂0.2mmol/L为例,原儿茶酸能使橙Ⅱ“第一段”脱色速率常数从0.11min-1增加至1.68min-1,其速率常数可以增加14.27倍;而龙胆酸能使橙Ⅱ“第一段”脱色速率常数从0.11min-1增加至2.48min-1,其速率常数增加至21.55倍.此外,随增效试剂浓度的增加,橙Ⅱ“第一段”脱色速率常数急剧增加;当两种增效试剂浓度大于0.2mmol/L时,橙Ⅱ“第一段”脱色速率常数的增效倍数均增加趋缓;当两种增效试剂浓度高达0.4mmol/L时,橙Ⅱ“第一段”脱色速率常数和增效倍数均出现下降的现象.在原儿茶酸和龙胆酸增效的PSF多相UV-Fenton体系中,消耗羟基自由基的主要物种是有机染料橙Ⅱ和有机增效试剂自身.

C16H11N2NaO4S+42H2O2→16CO2+2HNO3+NaHSO4(2)

C7H6O4+13H2O2→7CO2+16H2O(3)

由于增效体系中活性因子·OH氧化有机物并无选择性,其在氧化降解橙Ⅱ的同时也会氧化降解增效试剂,因此增效试剂的用量尤为关键.合适的增效试剂用量既要满足对橙Ⅱ降解的有效增效,同时也要保证有足够浓度的·OH降解矿化橙Ⅱ.从理论分析可知,过量的增效试剂必然会干扰橙Ⅱ的降解和矿化.

为了探究原儿茶酸与龙胆酸对橙Ⅱ降解的影响,分别对基础体系及其增效体系(0.2mmol/L的增效试剂)不同时刻的反应溶液进行了全波长扫描,结果如图3所示.可见,与基础体系相对应,增效体系橙Ⅱ的降解过程并无新的吸收峰出现,该结果与本文前期研究结果一致[19,26];此外,相较于基础体系,增效体系反应溶液分别归属于偶氮键和萘环(484和310nm)处的吸收峰[29]降低的速率更为迅速,说明增效试剂的引入不仅能加速橙Ⅱ脱色,而且能加速其矿化.

为考察增效体系中橙Ⅱ的矿化情况,测定了不同时刻反应溶液的TOC值,结果见图4.与增效脱色结果相一致,相对于原儿茶酸,龙胆酸对橙Ⅱ的增效矿化效果更佳.反应20min时,原儿茶酸增效体系的TOC去除率为73.57%,而龙胆酸增效体系的TOC去除率高达79.63%;反应60min时,原儿茶酸与龙胆酸增效体系的TOC去除率分别高达92.09%和92.98%.此外,对比增效体系橙Ⅱ的脱色和矿化结果,同时结合反应溶液不同时刻全波长扫描结果,可以推断橙Ⅱ的降解过程中有无色的降解中间产物形成,该结果与Maezono等[27]的研究结论一致.

表1 2种增效试剂浓度对PSF多相UV-Fenton体系橙Ⅱ脱色一级动力学分段拟合的影响

图4 橙Ⅱ在PSF多相UV-Fenton 体系中的矿化曲线

综上所述,原儿茶酸和龙胆酸均是PSF多相UV-Fenton体系的高效增效试剂.结合橙Ⅱ的脱色和矿化速率以及增效效果分析,认为在实验条件下,其浓度为0.2mmol/L时为较佳的增效浓度.

2.2 原儿茶酸与龙胆酸增效PSF多相 UV-Fenton 体系中·OH的生成

研究表明,在铁离子与过氧化氢构建的芬顿或类芬顿体系中,由于Fe2+的催化能力远高于Fe3+(式(4)和(5))[30],因此体系中亚铁离子的浓度对于羟基自由基的生成极为关键.

H2O2+Fe2+→ Fe3++ ·OH + OH-

=76L/(mol·s)(4)

H2O2+Fe3+→ Fe2++ ·OOH + H+

=0.02L/(mol·s)(5)

多相UV-Fenton体系降解有机污染物的过程,本质上是利用多相催化剂在UV光照下发生光还原生成并释放Fe2+,从而催化过氧化氢生成羟基自由基并将有机污染物降解的过程[31].而外加还原性的增效试剂,是在光还原基础上增加化学还原的途径进一步提高催化剂生成和释放Fe2+的能力,从而能够增效多相UV-Fenton体系对有机污染物的降解.因此,增效试剂对多相催化剂的化学还原能力至关重要.为了比较原儿茶酸与龙胆酸对PSF的化学还原能力,监测了橙Ⅱ降解过程增效体系溶液中Fe2+向Fe3+的转化,结果见图5.

由图5可见,对于原儿茶酸增效体系,反应0min时(无光搅拌30min)溶液中Fe2+的浓度可以达到2.62mg/L,说明原儿茶酸能够有效地化学还原PSF并使之释放亚铁离子,该结果与秦雅鑫等对原儿茶酸增效Fe@Fe2O3降解罗丹明B的研究结果相类似[32].当在0min加入过氧化氢、打开紫外灯启动UV-Fenton反应时,催化剂PSF在化学还原的同时增加了光还原,使得溶液中Fe2+的浓度进一步增加并于1min时达到峰值3.93mg/L,而后由于体系中芬顿反应(式(4))速度远大于类芬顿反应速度(式(5)),Fe2+快速向Fe3+转化导致前者浓度快速下降.同时,体系中有机污染物降解中间产物对催化剂PSF上铁离子的增溶作用[33],使得溶液中总铁离子的浓度在15min时达到峰值9.00mg/L;随中间产物的降解,总铁离子浓度能够通过PSF对Fe3+的吸附[34]而降低至60min时的0.96mg/L.对于龙胆酸增效体系,反应0min时溶液中Fe2+的浓度已高达6.72mg/L,说明龙胆酸对催化剂PSF的化学还原能力远高于原儿茶酸.由于其化学还原能力较高,以至于掩盖了光还原对Fe2+生成的影响,只能观察到溶液中Fe2+浓度单方向的降低趋势.随UV-Fenton反应的进行溶液中Fe2+持续向Fe3+转化,反应60min时Fe2+浓度降至0.42mg/L.同时,由于龙胆酸增效体系矿化能力更强,导致溶液中总铁离子的浓度峰值9.13(mg/L)缩短至10min出现,而后降至60min时的0.83mg/L.

Fe2+向Fe3+的转化过程与H2O2的分解和·OH的生成紧密相关.在橙Ⅱ降解过程中,增效体系中H2O2和·OH浓度随时间变化情况见图6.

由图6可见,基础体系中过氧化氢的分解比较缓慢,相应的溶液中羟基自由基的浓度增加也比较缓慢,在15min时达到9.52μmol/L的浓度峰值;而后,由于体系中有机物降解的消耗导致羟基自由基浓度平缓下降.对于原儿茶酸增效体系,化学还原产生的亚铁离子浓度使芬顿反应(式(4))能够有效进行,因此体系中过氧化氢能够快速分解产生羟基自由基.溶液中羟基自由基的浓度在5min时高达20.14μmol/L,是基础体系最高值的2.13倍.

相对于基础体系和原儿茶酸增效体系,龙胆酸增效体系中的亚铁离子浓度在0min时最高,因此其芬顿反应(式(4))最为剧烈,溶液中羟基自由基的浓度在5min时高达23.70μmol/L.一方面,体系中羟基自由基在短时间内大量生成,会引发自由基的二聚反应(式6)[35],反应能够重新生成过氧化氢使得其浓度在1min内急剧降低后呈现平缓下降的趋势;另一方面,体系中羟基自由基在短时间内大量生成还会引发羟基自由基与过氧化氢的副反应(式(7))[35].因此,龙胆酸增效体系中羟基自由基的浓度虽大于原儿茶酸增效体系,但未呈现随亚铁离子浓度按比例增加的规律,类似的现象在本文前期对草酸根增效体系的研究中也有发现[9].

·OH + ·OH →H2O2(6)

H2O2+ ·OH → ·OOH + H2O(7)

总体而言,龙胆酸相对于原儿茶酸能够使PSF多相 UV-Fenton 体系产生更多的·OH,这正是其增效体系中橙Ⅱ脱色和矿化更为迅速的原因.

2.3 原儿茶酸与龙胆酸对PSF多相 UV-Fenton 体系的循环增效

利用原儿茶酸与龙胆酸对PSF多相UV-Fenton体系的循环增效实验,进一步验证了相关增效方法的稳定性,循环增效过程中橙Ⅱ的脱色情况和溶液中总铁离子的变化见图7.

两种增效体系中,随增效循环次数增加溶液中总铁离子峰值会逐渐增大、橙Ⅱ的脱色速率能进一步提高.每次增效循环结束时,溶液中总铁离子浓度均低于5mg/L,说明增效体系反应结束后能够避免铁离子的二次污染[36].需要指出的是,为切合工程实际,本文增效循环实验过程并未对催化剂进行固-液分离和洗涤操作.根据增效体系中橙Ⅱ的矿化分析(图4),可以推断,在循环增效实验中,存在少量残留无色中间产物进入到下一个增效循环的现象.由此,无色中间产物与铁离子的络合作用,可能导致PSF对铁离子的释放程度增加[9].根据本文前期研究,若能适当延长反应时间、进一步提高TOC的去除率,反应结束后铁离子的溶出有望进一步降低[33].聚合硅酸铁的XRF分析显示,PSF主要由Si,O和Fe 3种元素组成,这3种元素分别占PSF成分的24.13%、42.31%和30.10%.由此,原儿茶酸与龙胆酸对PSF多相UV-Fenton体系的循环增效过程中,催化剂PSF上铁元素的总损失分别为3.07%和2.95%,相对损失较小.

为进一步验证催化剂PSF在循环增效过程中的稳定性,对PSF循环使用3次前后的红外光谱、XPS全光谱以及Fe2p的高分辨光谱进行了分析,结果如图8和9所示.

聚合硅酸铁的XRF分析表明,PSF为高硅-铁比聚合物,其Si与Fe量之比为1.6:1,其结构中的Si- Fe-O键以“Si-O-Fe-O-Si”形式为主.PSF的红外光谱中,其在1010cm-1处的峰由Si-O-Fe键的振动吸收引发[37],471cm-1处的峰则与Fe-O键的振动有关[38].此外,可能是高度缩合的原因,PSF的红外光谱未呈现FeⅢ连接的-OH基团的拉伸振动峰(1383cm-1处)[39].总体上,循环增效过程中PSF表面的官能团并未发生较大改变,证实PSF具有较高的稳定性.此外,循环增效结束后催化剂PSF红外谱图并无与橙Ⅱ有关的吸收峰出现(例如1621cm-1处苯环骨架中C=C键的伸缩振动和1508cm-1处萘环的骨架伸缩振动等[40]),表明溶液中TOC降低的主要原因是橙Ⅱ等有机物的矿化而非PSF的吸附所致,这与溶液中橙Ⅱ的脱色和矿化结果相一致.

PSF使用前后的光电子能谱图中出现了Fe2p、Si2p和O1s峰(图9),这也证明了PSF主要成分是Fe、Si、O.通过对能谱图中Fe2p的高分辨谱图分析,711.7和713.6eV处的峰表明PSF表面存在大量FeⅢ[41].铁-氧的结合能在反应前后未明显变化,证明了聚合硅酸铁结构具有较高的稳定性.

2.4 原儿茶酸与龙胆酸对PSF多相 UV-Fenton 体系增效降解橙Ⅱ的机制

如图10所示,首先,原儿茶酸与龙胆酸可以将聚合硅酸铁上的≡FeⅢ-PSF直接化学还原成≡FeⅡ- PSF(式(8)),后者在引发催化剂表面多相Fenton反应的同时(式(9)),可以被体系中氢离子通过离子交换的方式释放到反应溶液中(式(10)),并引发均相Fenton反应(式(11)).

≡FeⅡ-PSF + H2O2→ ≡FeⅢ-PSF + ·OH + OH-(9)

≡FeⅡ-PSF + H+→ Fe2++ ≡H+-PSF(10)

H2O2+Fe2+→ Fe3++ ·OH + OH-(11)

体系紫外灯开启后,催化剂表面和溶液中三价铁离子光解还原成≡FeⅡ-PSF和Fe2+[26],因此体系的Fenton反应能够持续进行,反应产生的·OH能够高效降解和矿化体系中的有机物.

反应后期,当有机物矿化殆尽,溶液中的亚铁离子通过Fenton反应转化生成的Fe3+,后者能够通过离子交换重新被聚合硅酸铁所吸附,从而降低体系中的铁离子浓度避免其二次污染发生(式(12)).

Fe3++ ≡H+-PSF→≡FeⅢ-PSF+ H+(12)

相较于原儿茶酸,龙胆酸对聚合硅酸铁的还原能力更强,能产生更多的二价铁离子并释放到均相体系中,因此体系中Fenton反应更为剧烈、羟基自由浓度更高,从而使得染料更加快速的脱色及矿化.由于Fenton反应存在最佳的铁离子与过氧化氢浓度比例[42],因此龙胆酸浓度是增效聚合硅酸铁多相UV- Fenton体系的重要参数.在合适的龙胆酸浓度下,增效体系中金橙Ⅱ的脱色和矿化速度更快、更彻底.

图10 2种增效试剂对PSF多相UV-Fenton体系增效降解橙Ⅱ的机制

3 结论

3.1 原儿茶酸和龙胆酸均是PSF多相UV-Fenton 体系的高效增效试剂,且龙胆酸的增效能力强于原儿茶酸.增效体系中,原儿茶酸和龙胆酸浓度是影响橙Ⅱ脱色和矿化的重要因素,0.2mmol/L是较佳的增效浓度.在该增效浓度下,原儿茶酸和龙胆酸能使橙Ⅱ“第一段”脱色速率常数分别增加14.27倍和21.55倍.

3.2 原儿茶酸和龙胆酸增效的原因在于促进催化剂Fe2+生成与释放,进而提高体系羟基自由基的浓度.相对原儿茶酸,龙胆酸对PSF的还原能力更强,其相应增效体系中羟基自由基的浓度更高、橙Ⅱ的降解速度更快.

3.3 原儿茶酸和龙胆酸能够循环增效PSF多相UV-Fenton 体系降解橙Ⅱ,PSF还原释放的Fe2+会通过Fenton反应快速转化成Fe3+.反应结束时,PSF对Fe3+的再吸附使得溶液总铁离子浓度低于5mg/L,从而避免催化剂铁元素的损失以及铁离子的二次污染.

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Comparison of the enhanced effect of protocatechuic acid and gentisic acid on the heterogeneous UV-Fenton system with Poly-Silicate-Ferric(PSF) as catalyst.

SU Xiao-xuan1,2, XU Guo-peng1,2, LI Xian-zhong1,2, LIU Li-zhang3, CHEN Jian-xin1,2*

(1.School of Resources, Environmental and Chemical Engineering, Nanchang University, Nanchang 330031, China；2.Key Laboratory of Poyang Lake Environment and Resource Utilization, Ministry of Education, Nanchang 330031, China；3.Jiangxi Academy of Environmental Sciences, Nanchang 330077, China)., 2021,41(4)：1624~1633

The capability of protocatechuic acid and gentisic acid in enhancing the degradation of orange II in the heterogeneous UV-Fenton system with PSF as catalystwas compared, and the relationship among iron ion conversion, H2O2decomposition and ·OH generation in the two systems was analyzed. The enhancement mechanisms of the two reagents in heterogeneous UV-Fenton system with PSF as catalystwas further discussed. The experimental results showed that both protocatechuic acid and gentisic acid couldeffectively promote the formation and release of Fe2+, thereby increasing ·OH concentration and promoting orange II degradation. Compared with protocatechuic acid, gentisic acid showed better capacity for reducing PSF. As a result, higher·OH concentration and fasterorange IIdegradation rate were achieved in the gentisic acid system. With the addition of 0.2mmol/L reagent, the "first" kinetic rate constant fororange II decolorization increased from 0.11 to 1.68min-1for the protocatechuic acid system, and to 2.48min-1for thegentisic acid system, which increased by 14.27 and 21.55 times, respectively. During consecutive runs, both the two acids could enhanceorange II degradation. After treatment, the readsorption of Fe3+by PSF made the total iron ion concentration in solution lower than 5mg/L, avoiding the loss of iron ions and the secondary pollution. Our results indicated that protocatechuic acid and gentisic acid were both highly effective enhancement reagents to heterogeneous UV-Fenton systemwith PSF as catalyst.

heterogeneous UV-Fenton system；PSF；protocatechuic acid；gentisic acid；orange Ⅱ

X703

A

1000-6923(2021)04-1624-10

苏晓轩(1996-),男,新疆石河子人,南昌大学硕士研究生,主要从事水污染控制研究.

2020-08-24

国家自然科学基金资助项目(21966021,21367021);广东省科技计划资助项目 (2017B030314175)

* 责任作者, 副教授, jxchen@ncu.edu.cn