低溫等離子體協(xié)同磷酸鉍及過(guò)硫酸鹽去除水中結(jié)晶紫.pdf

1、結(jié)晶紫(CV)是一種典型的三苯基甲烷染料，廣泛應(yīng)用于紡織、造紙、皮革、化妝品和制藥等工業(yè)。CV在使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量染料廢水。CV分子會(huì)影響細(xì)胞的有絲分裂，對(duì)哺乳動(dòng)物細(xì)胞表現(xiàn)出毒性。若飲用水中存在會(huì)對(duì)人類健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。采取有效的方法處理水中CV十分重要。介質(zhì)阻擋放電(DBD)是產(chǎn)生低溫等離子體的最常用方式之一，DBD誘導(dǎo)的低溫等離子體中存在著大量不同種類的活性粒子，比通常的化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的活性粒子種類更多、活性更強(qiáng)，更易于和所接觸的

2、有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)。與傳統(tǒng)的方法相比，低溫等離子體具有效率高、操作簡(jiǎn)單、適用范圍廣等顯著優(yōu)點(diǎn)。本文以CV為目標(biāo)污染物，分別研究了低溫等離子體協(xié)同BiPO4，以及低溫等離子體協(xié)同F(xiàn)e2+活化過(guò)硫酸鹽對(duì)水中CV的降解，考察了影響CV降解的主要因素，探討了CV的協(xié)同降解機(jī)理;同時(shí)，建立了低溫等離子體協(xié)同降解水中CV的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并模擬了多因素連續(xù)變化時(shí)對(duì)CV降解效率的影響。
　　首先，研究了由DBD誘導(dǎo)的低溫等離子體協(xié)同BiPO4對(duì)水

3、溶液中CV的降解，通過(guò)水熱法合成了催化劑BiPO4，并采用X射線衍射，X射線熒光光譜，掃描電子顯微鏡和Brunauer-Emmett-Teller表面積對(duì)合成催化劑進(jìn)行了表征。低溫等離子體協(xié)同BiPO4降解CV與單獨(dú)低溫等離子體系統(tǒng)相比，CV降解效率提高了28％。還考察了放電功率、CV初始濃度、初始pH和空氣流量對(duì)CV降解效率的影響。低溫等離子體協(xié)同BiPO4降解CV遵循偽一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。低溫等離子體協(xié)同BiPO4降解CV過(guò)程中，所產(chǎn)生

4、的H2O2、 O3和·OH的濃度隨放電時(shí)間的增加而增加，最終達(dá)到0.43 mg/L、1.52 mg/L和5.2×10-6 mol/L;在5 min時(shí)，584 nm處的吸光度從0.63下降到0.02，CV水溶液的pH值從3.55降低到2.93，并且電導(dǎo)率穩(wěn)定地從102增加到203μS/cm。合成BiPO4表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。采用氣相色譜—質(zhì)譜法(GC-MS)測(cè)定CV的降解產(chǎn)物，并根據(jù)檢測(cè)到的降解產(chǎn)物推測(cè)CV的降解途徑，其主要發(fā)生共軛結(jié)構(gòu)破

5、壞、脫甲基化、羥基化、羧基化和開(kāi)環(huán)反應(yīng)。CV降解過(guò)程中溶液對(duì)發(fā)光細(xì)菌的急性毒性隨著放電時(shí)間的增加逐漸降低。
　　其次，研究了低溫等離子體協(xié)同F(xiàn)e2+活化過(guò)硫酸鹽對(duì)水中CV的降解。低溫等離子體協(xié)同F(xiàn)e2+活化過(guò)硫酸鹽降解CV，與單獨(dú)低溫等離子體體系以及單獨(dú)Fe2+活化過(guò)硫酸鹽體系降解CV相比，降解效率分別提高了53％和42％。還討論了放電功率、初始pH、過(guò)硫酸鹽添加量和Fe2+活化劑添加量對(duì)CV降解效率的影響。低溫等離子體協(xié)同F(xiàn)e2

6、+活化過(guò)硫酸鹽降解CV遵循偽一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。研究結(jié)果表明，40 W的放電功率、中性pH、以及過(guò)硫酸鹽與Fe2+活化劑比例為4∶3時(shí)效果最佳。低溫等離子體與Fe2+活化過(guò)硫酸鹽協(xié)同降解CV過(guò)程中，所產(chǎn)生的H2O2、O3和·OH的濃度在第1 min可以達(dá)到0.36 mg/L、1.36 mg/L和3.2×10-6 mol/L，第10 min后均未檢測(cè)到H2O2、O3和·OH的存在，說(shuō)明其在反應(yīng)過(guò)程中完全被消耗。協(xié)同降解CV過(guò)程中584 nm處

7、的吸光度從1.79下降到0.11，CV水溶液的pH值降低、電導(dǎo)率穩(wěn)定增加。CV降解產(chǎn)物的測(cè)定采用氣相色譜—質(zhì)譜法(GC-MS)，根據(jù)測(cè)定結(jié)果提出了CV可能的降解途徑。CV降解過(guò)程中溶液的急性毒性隨反應(yīng)時(shí)間總體呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。
　　最后，分別建立了低溫等離子體協(xié)同BiPO4，以及低溫等離子協(xié)同F(xiàn)e2+活化過(guò)硫酸鹽降解水中CV的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，采用本文實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本和測(cè)試樣本，選用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)BP模型中的trainlm算法進(jìn)行訓(xùn)