电-fenton法降解青霉素的动力学研究

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1、电-Fenton法降解青霉素的动力学研究第26卷20O7年第5期9月环境化学ENVIR0NMENTALCHEMISTRYVo1.26,No.5September2007电.Fenton法降解青霉素的动力学研究黄昱李小明一杨麒曾光明张振(湖南大学环境科学与工程学院,长沙,410082)摘要采用电-Fenton法处理青霉素钠(PenicillinGsodium,PGN)模拟废水,当T=200C,pH=3时,投加0.5g?l～FeSO和0.2ml?lH2O2,在0.6A电流下降解青霉素钠废水(100mg?l),20rain后青霉素钠去除率为79%,40rain后去除率为95%.拟

2、合实验数据得到青霉素钠降解反应的速率方程式为:一d[PGN]/dt=2.35×10exP(一32869.4/RT)[Fe][H,O,].[PGN]"反应速率常数和反应级数表明,初始阶段降解反应进行非常迅速,且HO浓度比Fe浓度对电.Fenton降解反应的影响重要.关键词电-Fenton,青霉素钠,动力学.近年来,电一Fenton法的研究取得了可观的进展,前人在分析Fenton过程中Fe和HO的氧化消耗,再生过程及它们的浓度比例对有机物处理效果的影响后,开始更深层次研究电一Fenton降解过程的动力学行为J,以期指导实际处理过程的操作和控制.本文采用电解辅助Fenton法降解

3、青霉素钠(PenicillinGsodium;简称PGN)废水,通过研究电一Fenton氧化过程中主要因素对PGN降解的影响,拟合实验数据建立动力学模型,得到PGN降解的反应速率方程,为预测,判断有机物随时间的降解程度提供参考.1材料与方法1.1实验方法青霉素标准品(含量:99.9%,中国药品生物制品鉴定所提供).配制一定浓度的PGN模拟废水置于电解槽(RuO:一TiO:为阳极,石墨为阴极)中,加入电解质后调节pH为3,然后投加硫酸亚铁,恒温搅拌均匀;最后加入过氧化氢,同时电解.电解过程保持恒温搅拌,定时间隔取样,反应完后停止电解.1.2分析方法以1mol?lNaOH将水样

4、pH值调至7,终止Fenton反应.将样品过0.451~m滤膜,取201~1进行液相色谱检测(Agilent1100液相色谱仪,美国Agilent公司),以峰面积对照标准曲线,得到样品的PGN含量.LC检测条件:色谱柱:ODSC..(250ram×4.6mmi.d.,5m);流动相:磷酸缓冲溶液70%(0.1mol?l磷酸二氢钾,用1mol?l—NaOH调节pH为6)一乙腈30%(体积比);柱温:30~C;流速1.0ml?min～;检测波长:225nm;进样量:201~1.2结果和讨论电一Fenton方法降解青霉素钠的过程十分复杂,反应中可能存在多种中间产物,其必然会随反应

5、的进行发生浓度变化,积累或竞争与HO?反应并将其淬灭,以致影响整个反应过程的速率.因此,为排除中间产物的干扰,本研究采用初始浓度法引,在大量条件实验基础上选择FeSO0.1—0.5g?l～,H:O:2OO6年9月22日收稿.}国家自然科学基金项目(50478054);国际科技合作重点项目(2004DFA06200);长沙市科技计划重点项目(K051132-72);新世纪优秀人才支持计划资助(NCET-04-0770)通讯作者:E-mail:xmli@hnu.cn5期黄昱等:电.Fenton法降解青霉素的动力学研究6190.05—0.2ml?l的浓度范围,因其能够比较理想地反

6、应Fenton初始浓度对PGN降解速率的影响,对拟合实验数据建立电.Fenton法降解青霉素钠的动力学模型具有代表性.降解反应的经验动力学方程为:一d[PGN]~dr=k0exp(一E/RT)[Fe]H2O2]卢[PGN]k=k0exp(一E/RT)式中,k.:指前因子(1?mol～?s);E:反应活化能(J?mol);R:普适常数(R=8.314J?mol～?K-1);:温度(K);k:总反应速率常数(1?mol～?s-1);,/3,y分别为[Fe],[H0],[PGN]的反应级数.2.1Fe浓度的影响由图1可见,随初始Fe浓度的增加,PGN的降解速率增大,达到反应平衡的

7、时间缩短.当FeSO为0.5g?l时,反应40minPGN浓度降低了90%.电.Fenton降解分为两个阶段,首先是Fe催化HO产生大量HO?,并迅速氧化分解PGN,使其浓度快速降低;第二阶段过程中,链反应的多种物质及PGN的降解产物同PGN竞争与HO?反应;Fe被氧化为Fe后,部分Fe与PGN降解产生的中间体络合,或形成Fe(OH),沉淀下来,阻碍Fe向Fe转变,部分Fe通过化学反应和电化学反应缓慢还原为Fe",Fe再激发溶液中的HO再生HO?,而此时再生HO?浓度远远低于初始产生浓度,因而能与PGN反应的HO?