二氧化锰化学式的作用是什么（二氧化锰（MnO2）胶体在环境中的存在及作用）

二氧化锰在环境中的存在二氧化锰通常存在于土壤和沉积物中，是促进有机污染物转化的最重要的天然反应物或催化剂之一二氧化锰（Ｍｎ０２）胶体在自然水生态系统和工程水９处理工艺中的应用己得到很多报道

在自然水体中，Ｍｎ０２胶体通常经过一系列过程形成，如矿物风化和溶解性锰的生物催化作用

在工程系统应用中，Ｍｎ０２胶体是高锰酸盐（Ｍｎ（ＶＩＩ））还原或溶解锰（Ｍｎ２＋）氧化的一般固体产物，随后利用过滤单元实现猛元素的去除［６８，６９］

一旦Ｍｎ０２胶体形成，它们的表面反应（如吸附／解吸、氧化还原等）可能会影响水生环境中某些天然有机物和合成污染物的转化和归趋

胶体二氧化锰在水处理中的应用在实际应用中，二氧化锰不会直接投加到处理水体中，而是通过高锰酸钾氧化水中的污染物原为生成的

原位生成的Ｍｎ０２胶体作为Ｍｎ（ＶＩＩ）的还原性产物，在高锸酸钾氧化降解污染物的过程中具有重要意义

一方面，原位生成的Ｍｎ０２胶体颗粒粒径在纳米级别，具有较大的比表面积，吸附位多，分散度高具有絮凝沉淀的作用，能够作为助凝剂或吸附剂协助去除一些重金属污染物；另一方面，原位生成的Ｍｎ０２胶体可作为氧化剂或催化剂帮助高锰酸钾进一步降解污染物

依据污染物的种类和性质不同，反应机理也不同，尤其在水中重金属、酚类和酰胺类物质的去除方面，Ｍｎ０２胶体能够有效地提高高锰酸钾氧化的去除效率間

胶体二氧化锰的制备胶体二氧化锰的制备方法主要有以下２种：（１）根据Ｍｕｒｒａｙ［７２＿究的方法制得：

即将１６０ｍＬ的０．１ＭＫＭｎ〇４溶液和３２０ｍＬ的０．１ＭＮａＯＨ溶液加入３．２８Ｌ用Ｎ２吹过的水中，随后向其中逐滴滴加２４０ｍＬ的０．１Ｍ的ＭｎＣｂ溶液，并保持溶液在滴加的过程中持续搅拌，将形成的Ｍｎ０２颗粒沉淀，将上清液倒出并用纯水反复更换，直至悬浮液的导电性小于最后，将氧化悬浮液置于４°Ｃ的冰箱内保存

由此制得的二氧化锰胶体又称Ｓ－Ｍｎ０２

这种方法制得的Ｓ－Ｍｎ〇２的比表面积为２５５ｍ２＿ｇ＿１［１３］，零电荷点ｐＨｚｐｃ为２．４

反应式如式１－５所示：２ＭｎＯ；＋３Ｍｎ２＋＋２Ｈ２０＾５Ｍｎ０２＋４＾（１－５）（２）根据Ｐｅｒｅｚ－Ｂｅｎｉｔｏ等研宄的方法制得：即将１０ｍＬ的０．１ＭＫＭｎ〇４溶液和３．７５２ｍＬ的０．１ＭＮａ２Ｓ２０３溶液加入到２Ｌ的容量瓶中，加水定容至刻度线，将混合液缓慢搅拌至深褐色，将制得的Ｍｎ０２胶体置于４°Ｃ的冰箱内保存，在此状态下可稳定保存几个月

这种方法制得Ｍｎ０２胶体粒径范围在８９？１９３ｎｍ之间，峰值在１２０ｎｍ，Ｚｅｔａ电位（纟－电位）为－４７±３ｍＶ，零电荷点ｐＨｚｐｃ为１．９３

反应式如式１－６所示：８Ｍｎ〇４＋３Ｓ２〇３＂＋２Ｈ＋＾８Ｍｎ０２＋６ＳＯ４＂＋Ｈ２０（１－６）上述２种方法制得的Ｍｎ〇２胶体均为无定型

从以上描述可知，方法二的制备方法相对简便

Ｊｉａｎｇ等通过上述方法合成２种二氧化锰胶体，并考察了Ｍｎ０２胶体对高锰酸钾氧化降解三氯生（ＴＣＳ）和苯氧基苯酚（２－ＰＰ）的影响，结果表明，无论是单独氧化还是与高锰酸钾的联合氧化，方法二制得的Ｍｎ０２胶体对污染物的降解速率始终比方法一制得的Ｓ－Ｍｎ０２对污染物的降解速度快

方法二也是较常见的制备Ｍｎ０２的方法

１．４．１．４胶体二氧化锰与污染物的反应机理与高锰酸钾和酚类有机物的反应机理不同，Ｍｎ０２与酚类化合物的反应机理主要依靠自由基耦合作用

Ｍｎ０２表面含有大量的氧基团，可通过表面吸附或氧化还原作用与污染物形成表面络合物，该步骤往往是速率决定步骤，其随后发生电子转移机制，使污染物发生降解

形成表面络合物的速率和电子转移的速率大小会随着反应液ｐＨ的变化而变化

当污染物为酚类化合物时，表面络合物会通过电子转移形成酚氧自由基（ＰｈＯ＿），酚氧基上的电子会与苯环发生共振效应，使得孤电子转移到酚羟基的邻位或对位上，进而发生自由基间的耦合作用［７１－７７］

当孤电子所在的碳原子上有取代基时，耦合反应也可能发生电子重排，导致取代基断裂［７８，７＼１．４．２三价铁离子（Ｆｅ３＋）的环境存在及作用铁在环境中的分布较为广泛，占地壳含量的４．７５％，是仅次于氧、硅、铝之后的地壳中含量第四多的物质

铁离子（Ｆｅ３＋）是水环境中最常见的金属离子之一，Ｆｅ３＋是铁的最稳定的价态，有中等强度的氧化性

铁作为工业和生活中一种重要的金属元素，具有相对无毒和成本较低等特性，被广泛应用于工业用剂和环境污染控制方面

在化学反应中，三氯化铁溶液可与酚发生显色反应［８（）１，可根据显示的不同颜色来鉴定酚的结构

在水处理应用中，类芬顿方法使Ｆｅ３＋有效代替Ｆｅ２＋完成了中性ｐＨ条件下与Ｈ２０２的反应，产生？０！！从而使污染物得到降解，摆脱了芬顿方法中只能在酸性条件下反应的局限有研究指出，Ｆｅ３＋可作为氧化剂或催化剂参与到污染物的氧化降解中

Ｗａｎｇ等［８２１发现Ｆｅ（ＩＩＩ）的存在可促进水溶液中四环素抗生素（ＴＣｓ）在无光、ｐＨ５．０、７．０和９．０条件下的降解

且与不含Ｆｅ（ＩＩＩ）的条件相比，Ｆｅ（ＩＩＩ）在纯水中分别使四环素（ＴＴＣ）、氧四环素（ＯＴＣ）和氯四环素（ＣＴＣ）的降解率提高了２０．６７倍、７．０７倍和２．３０倍，也促进了ＴＣｓ在实际地表水和废水中的降解

促进降解的机理是Ｆｅ（ＩＩＩ）与ＴＣｓ的络合以及Ｆｅ（ＩＩＩ）的氧化，这进一步支持了Ｆｅ（ＩＩＩ）在ＴＣｓ环境转化中扮演了重要作用

Ｑｉａｏ等研宂了ＦｅＣｂ混凝去除Ａｓ（Ｖ）和Ａｓ（ＩＩＩ），发现在ＦｅＣｂ凝固过程中，当ｐＨ值较低时，Ａｓ（Ｖ）较Ａｓ（ＩＩＩ）去除效果更好，而当ｐＨ值较高时则相反

Ｌｉ等ｔ在研究过硫酸盐降解二苯胺（ＤＰＡ）的过程中发现Ｆｅ３＋对ＤＰＡ的降解有促进作用，但ｐＨ值或离子强度的增加都会降低ＤＰＡ的降解速率

Ｍａｄｈａｖａｎ等比较了均相（Ｆｅ３＋）和非均相光催化剂（Ｔｉ０２）对布洛芬（ＩＢＰ）的声降解、光催化和声光催化降解，发现与声降解和光催化相比，在ＴｉＣｈ或Ｆｅ３＋存在下的声光催化降解速率更高，且在Ｆｅ３＋的存在下，声光催化具有显著的协同效应

这可能是由于Ｆｅ３＋和ＩＢＰ降解产物（如羧酸）之间形成了光活性复合物

由此可见，Ｆｅ（ＩＩＩ）在有机物的氧化降解或催化过程中发挥了重要作用

１．４．３腐殖酸（ＨＡ）的环境存在及作用腐殖酸（ＨＡ）是自然界中广泛存在的大分子有机物质，主要组成元素为Ｃ、Ｈ、０、Ｎ、Ｓ

基本结构是芳环和脂环，环上连有氨基、羧基、羟基、羰基、醌基、甲氧基等官能团

ＨＡ是天然饮用水中有机物质的主要成分，其浓度范围从地下水的２０吨七－１到地表水的ＳＯｍｇ＾ｌ／１不等，且含量越高，水质越差

一般水源水中腐殖酸的含量在１？１２ｍｇ，！／１之间，占到水中总有机物含量的５０％？９０％

腐殖酸凭借其不同的官能团结构而具有多重性质，包括酸性、亲水性、界面活性、阳离子交换能力、络合作用等［ｗ］

也正因如此，ＨＡ对自然水体和水处理工艺的影响受到广泛关注

其主要影响分为以下几种：（１）抑制作用：ＨＡ会与水中的金属离子发生络合反应，９２］，使其难以去除；在水处理氯化消毒过程中，ＨＡ与游离氯反应生成消毒副产物如三卤甲烷（ＴＨＭｓ）、卤乙酸（ＨＡＡｓ）、卤酸盐等致癌、致突变物质

影响水处理的效果及人类健康在氧化剂氧化降解污染物的过程中，ＨＡ可竞争消耗氧化剂量，使得目标污染物的去除效果下降

（２）促进作用：有多项研究表明，ＨＡ在某些有机物的氧化过程中起到促进作用

Ｘｕ等在研宄高锰酸钾降解左氧氟沙星（ＬＦ）中发现，ＨＡ的加入能够激发出超氧自由基（〇２＿）和０Ｈ，与生成的Ｍｎ（ＩＩＩ）络合，从而加速ＬＦ的降解；

Ｓｕｎ等在研宄ＨＡ对高锰酸钾降解苯酚的影响时发现，在ｐＨ￡７．０时，ＨＡ能够提高高锰酸钾降解苯酚的效率，且ｐＨ越低促进效果越明显，同时ＨＡ的存在能够促进反应过程中原位Ｍｎ０２的生成；

Ｈｅ等发现ＨＡ的存在能够增加酚类污染物的电子云密度，从而加速高锰酸钾对酚类化合物的降解

可见ＨＡ对水中污染物降解的影响较为复杂