山东化工污水处理：基于高级氧化的乳化剂废水降解机制与工艺优化

作者：山东光博发布时间：2025-05-29 16:24:48点击：

本研究系统探究了基于非均相催化-光电协同高级氧化体系的乳化剂废水深度处理机制，创新性地构建了磁性碳壳负载催化剂（Fe3O4@C）活化过硫酸盐（PS）与三维电极反应器的复合工艺体系。通过电子顺磁共振（EPR）和自由基淬灭实验证实，该体系可同步产生羟基自由基（·OH，氧化电位2.8V）和硫酸根自由基（SO4·-，氧化电位3.5V），二者呈现显著的时空协同效应——·OH在近电极区域主导短链有机物矿化，而SO4·-在体相溶液中优先攻击苯环结构的π电子云。采用原位红外光谱跟踪发现，十二烷基苯磺酸钠（SDBS）的降解过程呈现特征性的三阶段演变：首先是磺酸基团在·OH作用下发生电子转移（νasSO3- 1180cm-1峰减弱），继而苯环共轭结构（νC=C 1600cm-1）被SO4·-定向开环，最终脂肪链通过β氧化生成C2-C4羧酸（νC=O 1720cm-1增强）。

工艺参数优化采用Box-Behnken设计，通过17组实验构建的二次多项式模型显示：H2O2投加量与催化剂负载量存在显著交互作用（p<0.01），当X1=8.5mmol/L时，X2=1.2g/L可形成最佳的Fe2+/Fe3+循环（TOF=4.7×10-3s-1）。电化学阻抗谱（EIS）证实，45℃反应温度使电荷转移电阻（Rct）降低至28.5Ω，较常温条件下降62%。该体系突破传统Fenton反应pH限制（2.5-3.5），在初始pH=3.5-6.0范围内均保持90%以上COD去除率，且铁溶出量<0.8mg/L（GB8978-1996一级标准）。通过液相色谱-飞行时间质谱（LC-TOF-MS）鉴定出7种中间产物，据此提出的降解路径为：磺酸基脱除→苯环羟基化→邻位开裂→脂肪酸β氧化，整个过程符合伪一级动力学（R2>0.98），表观速率常数较单独UV/PS体系提升2.3倍。