中北大学焦纬洲教授GEE：超重力强化纳米零价铁-过硫酸盐连续运行体系降解含硝基苯废水

导读

中北大学超重力化工过程山西省重点实验室焦纬洲教授课题组在Green Energy & Environment发表论文，通过超重力反应器制备纳米零价铁（NZVI），将其应用于NZVI预还原与过硫酸盐氧化连续体系（NZVI-Na₂S₂O₈连续运行体系）降解含硝基苯废水，实现了硝基苯的高效降解和矿化。进一步，通过电子顺磁共振技术和自由基捕获实验研究了硝基苯的降解机理，并推断出了可能的降解途径。

研究背景

随着工业中对硝基苯需求量的上升，含硝基苯废水的高效处理成为全世界关注的重点。过硫酸盐高级氧化法作为一种新型的高级氧化技术，具有氧化能力强的特点，但过硫酸盐性质稳定，催化活化后产生的SO₄^·−才能更好的降解污染物。NZVI可还原硝基苯为苯胺，使其更易降解，但需解决NZVI易团聚、催化活性低的问题。

焦纬洲课题组采用超重力撞击流旋转填料床（IS-RPB）制备出粒径小、分散均匀的NZVI，用于硝基苯的还原，同时其自身被氧化为Fe²⁺，Fe²⁺可进一步活化过硫酸盐产生氧化性极强的自由基来降解含硝基苯废水。

最新的这项研究中，焦纬洲课题组以模拟硝基苯废水为处理对象，将NZVI还原和过硫酸盐氧化结合，提高了硝基苯废水的降解率和矿化率。

图文解读

研究人员采用IS-RPB为反应装置，制备NZVI，用于硝基苯的还原，然后再加入过硫酸盐，形成NZVI-Na₂S₂O₈连续运行体系来实现硝基苯废水的降解。

图1. 超重力法制备NZVI工艺流程图。（1-储液槽A，2-泵，3-储液槽B，4-接液槽，5-液体流量计，6-N₂出口，7-IS-RPB，8-产物出口，9-N₂钢瓶）。

研究人员对比了单独NZVI还原、单独过硫酸盐氧化、Fe²⁺/Na₂S₂O₈体系、NZVI/Na₂S₂O₈同时还原氧化体系和NZVI-Na₂S₂O₈连续运行体系对硝基苯降解的影响，结果表明五种体系中的硝基苯降解率分别为100%、26.75%、46.08%、88.53%、100%，TOC去除率分别为0.63%、15.94%、21.16%、35.24%和49.25%。对比结果显示，以NZVI作为铁源，缓慢释放Fe²⁺有利于硝基苯的降解，证实了NZVI-Na₂S₂O₈连续运行工艺对硝基苯废水进行降解可得到更好的去除效果。

图2. 不同体系中(a)NB降解率，(b)AN生成率和(c)TOC去除率。

图3. (a)100 mM DMPO存在下NZVI-Na₂S₂O₈连续运行体系中自由基测定EPR光谱图，1 mT=10 G；(b)加入叔丁醇和乙醇对NB降解率（实线）和AN生成率（虚线）的影响。

文章信息

本文以“Degradation of nitrobenzene-containing wastewater by sequential nanoscale zero valent iron-persulfate process”为题发表在Green Energy & Environment，通讯作者为中北大学焦纬洲教授。

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https://doi.org/10.1016/j.gee.2020.07.018

撰稿：原文作者

编辑：GEE编辑部

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