哈尔滨工业大学硕士学位论文
摘要
供水管网输配过程中会发生复杂的物理、化学和微生物反应，管道腐蚀、污
染物沉积富集和病原微生物繁殖等过程会造成饮用水“二次污染”，威胁供水安
全，这种现象日益受到重视。过硫酸盐在地下水水源修复、饮用水预处理和深度
处理等方面具有广阔应用前景，进入管网后势必会与作为典型铜管道腐蚀产物之
一的CuO发生作用，改变溶解态铜离子的释放规律，侵蚀管网的同时也对用户的
PMS
身体健康造成威胁。因此本课题主要研究过一硫酸盐（）对管网中铜离子释
放的影响规律，探索PMS与管道腐蚀产物CuO的作用机制，进一步分析管道常见
沉积物MnO对铜离子释放的控制规律和原理。
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CuOPMS
首先通过控制参数的方式，探究不同水质及反应条件因素对与作用
pH
过程中铜离子释放的影响规律。铜离子释放总量与溶液值呈现负相关关系，与
-2-
PMS浓度呈现正相关关系，而与其他水质背景条件（Cl、SO、碱度、钙硬度、
4
腐殖酸）不存在明显的相关关系。通过分析各因素影响下铜离子释放的变化规律，
提出铜离子快速释放和慢速释放机制，其中快速释放过程是由CuO与PMS直接作
用主导的，当阻碍二者结合的影响因素加入到体系中时，如降低PMS浓度、提升
碱度、提高腐殖酸浓度等，铜离子则会在反应前期释放明显变慢；慢速释放过程
是由铜元素的价态转换机制控制的，当阻碍金属铜电子转移的影响因素加入到体
系中时，如提高Cl浓度以稳定一价铜物种延缓其氧化，铜离子会在实验后期释放-
总量下降。
针对可溶性铜溶出的现象，提出管道沉积物MnO2可原位抑制铜离子释放的角
度，并研究了不同条件对抑制释放效果的影响。通过MnO2对铜离子的吸附实验以
及拟合的Langmuir模型结果，排除了抑制铜离子释放的现象仅由MnO的吸附作
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用造成的可能性；根据MnO作用下铜离子释放规律呈现先升高后下降的趋势，将
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其解释为快速释放和慢速释放共同作用的现象，并且认为铜锰两种氧化物存在协
同活化PMS的可能性。
为更好理解管网中铜迁移转化的规律，对CuO与PMS进行机制探究实验。以
4-氯苯酚作为目标污染物辅助机制研究，通过EPR测试及淬灭实验排除了自由基、
1O以及氧化物表面PMS配合物对有机物降解的贡献，利用XPS、原位Raman实
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验以及建立的Cu(Ⅲ)介导的有机物降解构效关系证明了Cu(Ⅲ)的存在及其在体系
中的重要性，并通过新亚铜试剂加入前后有机物降解明显的差异说明了Cu(Ⅰ)是影
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CuOPMS
响主要贡献物种生成的重要中间体。最后，通过离子强度影响实验阐明与
之间存在球内络合作用，提出了一种全新的非均相CuO活化PMS机制，即
Cu(Ⅲ)/Cu(Ⅱ)/Cu(Ⅰ)氧化还原循环，促进了对于高价金属物种、非均相Cu(Ⅲ)参与
的活化过硫酸盐过程机理的理解。
本课题对于有无MnO2存在情况下铜离子释放规律的研究将有助于控制管垢
中铜的释放，为