过硫酸盐对水中全氟辛酸的氧化效果及其动力学

作     者：陈晓强 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：潘伟斌

授予年度：2020年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：过硫酸盐 全氟辛酸 氧化 效果 动力学 

摘      要：全氟辛酸(PFOA)是一种引起广泛关注的新兴污染物和持久性有机污染物,PFOA的氧化处理研究已成为目前的研究热点之一,氧化剂过硫酸盐因能有效氧化PFOA而备受关注。本文对过硫酸盐氧化水中PFOA的氧化效果及其动力学特征展开研究,以为之后的实际应用提供技术支撑和理论依据。以过硫酸盐氧化水中的PFOA,主要研究内容如下:(1)考察了初始pH(1～12)、过硫酸盐初始浓度(0～400 mmol·L)和温度(25～60℃)对PFOA脱氟率(反应24h,PFOA初始浓度为200μmol·L)的影响;(2)在初始pH为2的条件下,对过硫酸盐衰减动力学、过硫酸盐转化行为、硫酸盐生成动力学和PFOA脱氟动力学特征进行了探讨;(3)在25℃下,分析了过硫酸盐活化剂碱或HO对过硫酸盐氧化PFOA的影响。主要的研究结论分别如下所述。(1)初始pH、过硫酸盐初始浓度和温度对脱氟率有明显的影响。初始pH(1.5～12)越低,过硫酸盐初始浓度(0～400 mmol·L)和温度(25～60℃)越高,则脱氟效果越好,脱氟率最高可达87%;过低的初始pH(低至1)不利于脱氟,会使脱氟率降低。(2)过硫酸盐的衰减符合伪一级动力学方程,表观速率常数k 与温度的关系符合阿仑尼乌斯方程和艾林方程,测得的表观活化能为137.6 k J·mol,表观活化熵为63.88J·mol·K,表观活化焓为134.8 k J·mol。过硫酸盐同时与全氟辛酸和水反应,主要被水所消耗,SO或HSO是过硫酸盐的主要转化产物。脱氟动力学方程ln(1-φ)=-k t可以近似地描述脱氟率φ与反应时间t的关系,表观速率常数k与过硫酸盐初始浓度的平方根成正比,k与温度的关系符合阿仑尼乌斯方程和艾林方程,测得的表观活化能为93.13k J·mol,表观活化熵为-57.44 J·mol·K,表观活化焓为90.50 k J·mol。基于k和k 计算的表观活化自由能(25℃)相近,分别为107.6 k J·mol和115.8 k J·mol。(3)在25℃下,HO(20、200或2000 mmol·L)的存在不利于SO(20mmol·L)氧化PFOA(0.2 mmol·L),会降低PFOA的氧化效果。在25℃下,OH(1～3 mol·L)对SO(500 mmol·L)氧化PFOA(0.5或2 mmol·L)起到明显的抑制作用,不同OH初始浓度下OH的抑制作用程度没有明显的差异,碱活化过硫酸盐处理PFOA不具有明显的可行性。