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新型LED协同高铁酸钾体系降解典型PPCPs及其强化机制研究

批准号:
52100013
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
杨涛
依托单位:
学科分类:
饮用水工程
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
杨涛

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
传统水处理氧化剂在降解药物和个人护理品(PPCPs)时,存在二次污染的问题,故需寻求新型绿色氧化剂。高铁酸钾(Fe(VI))是目前最具发展潜力的绿色氧化剂之一,但其在水中易自分解,且降解某些PPCPs的效能较低,这制约了其实际应用前景。针对此现状,结合发光二极管(LED)具有绿色节能、波长可控和波谱窄的优势,本项目拟用LED发射不同波长的长波紫外光和可见光,协同Fe(VI)构建新型氧化体系,以此降解典型PPCPs。本项目将深入研究该体系降解典型PPCPs的动力学,明晰LED发光波长与Fe(VI)降解效能的关系;通过氧化探针实验、构建反应动力学模型和研究典型PPCPs的转化路径等手段,揭示该体系的强化机制;明确该体系的操作条件和实际水质参数对降解效能的影响,优化该体系在实际中的应用。本研究将进一步推动Fe(VI)治理PPCPs污染的实际应用进程,为保障水质安全提供新的技术支持与理论指导。
英文摘要
Generally, the degradation of pharmaceuticals and personal care products (PPCPs) by traditional oxidants in water treatments would pose risks of secondary pollution. Thus, novel and green oxidants are required to address this concern. To date, ferrate (Fe(VI)) is one of the most promising green oxidants. However, the application of Fe(VI) is limited to some extent due to its easy self-decomposition in water and inefficiency for some PPCPs. For this status, this study is proposed to build a new oxidative system which adopts light-emitting diode (LED) to combine with Fe(VI) for degrading typical PPCPs by emitting long-wave ultraviolet light and visible light of different wavelengths, owing to the environmental friendliness, low energy requirements, diversity in wavelengths, and narrow spectrum of LED. Firstly, the degradation kinetics of typical PPCPs will be systematically investigated and the relationship between wavelengths and degradation performance of Fe(VI) will be explored. This study also aims to reveal the insightful mechanism of this process in the aspects of probing experiments, kinetic modelling, and degradation pathways of typical PPCPs. Finally, impacts of operating conditions and water matrix will be examined on the degradation performance and thus optimizes this process in real practice. Overall, this study will promote the development of Fe(VI) for controlling PPCP pollution and provide new theoretical and technical support to guarantee water quality safety.
传统水处理氧化剂在降解药物和个人护理品(PPCPs)时,存在二次污染的问题,故需寻求新型绿色氧化剂。高铁酸钾(Fe(VI))是目前最具发展潜力的绿色氧化剂之一,但其在水中易自分解,且降解某些PPCPs的效能较低,这制约了其实际应用前景。针对此现状,结合发光二极管(LED)具有绿色节能、波长可控和波谱窄的优势,项目通过LED发射不同波长的长波紫外光和可见光,协同Fe(VI)构建新型氧化体系,以此实现高效降解典型PPCPs的目的。动力学分析结果表明,LED/Fe(VI)体系降解典型PPCPs的效能比单独Fe(VI)可提升30%以上,降解速率可提升2.6-7.2倍,并且该体系的降解效能随着LED发射波长的增长而逐渐降低,这主要由于Fe(VI)的光量子产率随着波长的增加而降低;通过淬灭实验和氧化探针实验表明,LED/Fe(VI)体系中的主要活性物质是Fe(IV)/Fe(V),此外,动力学模型表明该体系中Fe(IV)是主要的贡献者;进一步,络合实验探明了Fe(VI)的主要光化学反应机制,Fe(VI)主要通过氧转移路径逐步生成Fe(IV)和Fe(II),Fe(V)主要是Fe(II)与Fe(VI)反应生成;腐殖酸的存在可略微抑制该体系降解典型PPCPs的效能,而Cl-和HCO3-对该体系降解效能影响较不明显,此外,在实际水质背景条件下该体系仍有较佳的降解效能。本研究将进一步推动Fe(VI)治理PPCPs污染的实际应用进程,为保障水质安全提供新的技术支持与理论指导。在该项目的支持下,在该项目的资助下以主持人为第一或通讯作者已发表中科院一区论文24篇,其中 ES&T 3篇、WR 7篇,申请发明专利2项,实现发明专利转化1项;培养研究生5名。
DOM介导太阳光协同高锰酸钾高效控制新 污染物机制
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    10.0万元
  • 批准年份:
    2025
  • 负责人:
    杨涛
  • 依托单位:
新型LED协同高锰酸钾对典型有机微污染物的控制机制及调控研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    10.0万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    杨涛
  • 依托单位:
太阳光协同高铁酸钾体系对典型PPCPs的控制机制及调控研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    10.0万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    杨涛
  • 依托单位:
国内基金
海外基金