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Sr/Fe负载生物炭富集水体中2，4-二氯苯酚驱动其在自然光条件下加速降解的机理研究

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Sr/Fe负载生物炭富集水体中2，4-二氯苯酚驱动其在自然光条件下加...

作者：代玉梅湖南大学

学位级别：硕士

目前,国内外处理以2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)为典型的氯酚废水的方法通常以物理吸附和化学降解为主。单纯的吸附技术虽然工艺简单且能够富集水体中的污染物但无法彻底降解污染物使其无害化;以高级氧化法为主的化学降解技术虽然显示出高效... 详细信息

目前,国内外处理以2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)为典型的氯酚废水的方法通常以物理吸附和化学降解为主。单纯的吸附技术虽然工艺简单且能够富集水体中的污染物但无法彻底降解污染物使其无害化;以高级氧化法为主的化学降解技术虽然显示出高效降解水中氯酚类物质的能力,但由于工艺设备复杂、反应条件耗能、降解过程难控制、催化剂稳定性差以及消毒副产物二次污染等原因,暂时还停留在实验室阶段。因此本实验寻求一种吸附联合降解技术,赋予一般吸附剂化学降解能力,使其在自然条件下自发性快速富集水体中的污染物并高效驱动其降解,最终达到污染物无害化的目的。本实验通过选用硝酸锶和九水合硝酸亚铁与核桃壳生物炭优化合成了一种在不外加光源的自然光条件下,同时具备快速富集水中2,4-DCP并且多途径(还原脱氯、类芬顿高级氧化)自发降解污染物能力的Sr/Fe负载生物炭催化剂。(1)成功合成高效去除2,4-DCP的Sr/Fe负载生物炭催化剂。使用X射线衍射分析(XRD)、电镜能谱分析(SEM-EDS)、比表面积分析(BET)、X射线光电子能谱分析(XPS)和傅里叶红外光谱定量分析(FI-TR)等表征手段对Fe/Sr负载生物炭进行表征,结果表明:一锅法成功在生物炭表面负载了永磁体Sr FeO,赋予生物炭磁性;经过Na BH还原,Sr、Fe、O、C均匀的分布于原始生物炭(BC)表面,金属原子分别以Sr FeO、Sr和Fe的晶相和非晶相结构形式存在,提高了生BC表面金属负载率、含氧官能团以及粗糙度。(2)利用响应面法研究反应体系中金属负载率、环境温度、pH、材料投加剂量、接触时间和污染物初始浓度对BSFBC5%去除水中2,4-DCP的影响。结果显示:当W(Sr/Fe):W(BC)=5%时,在60分钟内,Na BH-Fe/Sr-BC(BSFBC5%)对水中2,4-DCP吸附去除率达到98.7%,分别是未经Na BH还原的Sr FeO-BC(SFBC5%)或BC的1.24和2.07倍。BSFBC5%最佳反应条件是:2,4-DCP浓度为20 mg·L、p H=5～9,T=45℃,BSFBC5%投加剂量为0.15 g·L。(3)研究BSFBC5%去除2,4-DCP的吸附行为以及降解途径。在连续吸附共降解实验中,根据反应体系瞬时2,4-DCP浓度以及TOC和Cl动态变化结果,显示出Sr/Fe负载生物炭催化剂能够富集且同步降解水中2,4-DCP的能力。通过反应过程产物分析、自由基捕获与猝灭实验以及避光、单因素控制实验深入探究反应机理,结果表明以Fe为主的逐步还原脱氯作用以及自然光下Sr激发催化剂产生的超氧自由基(O˙ˉ),与还原脱氯反应产物Fe形成类Fenton作用,对脱氯后的2,4-DCP中间产物,开苯环、断碳链,促进被催化剂富集的2,4-DCP完全降解。综合判定2,4-DCP去除途径为快速富集、多次脱氯过程和氧化矿化过程最终实现水中2,4-DCP降解产物无害化。(4)探究Sr/Fe负载生物炭催化剂的应用稳定性。设置了材料回收试验、老化试验、实际水体和阴离子抗干扰试验。研究表明BSFBC5%的金属浸出低,循环利用性好,重复磁性回收利用5次后,对2,4-DCP的吸附去除率超过80%,吸附容量超过120 mg·g。BSFBC5%抗阴离子干扰能力强,在实际水样中,BSFBC5%均能仍可实现80.1%的2,4-DCP吸附能力和60%的降解能力,具有较好的实际应用潜力。综上所述,本研究提出了一种“一锅法+一步还原法”两步合成法,合成具备金属有效负载率高、负载均匀、金属离子泄漏率低、磁性回收效果稳定功能的Sr/Fe负载生物炭(BSFBC5%)。赋予了核桃壳生物炭在自然光条件下吸附同时自发驱动降解水中2,4-DCP的能力。深入探究了BSFBC5%吸附共降解的多途径(吸附富集、逐步还原脱氯、类Fenton高级氧化)作用机理。验证了BSFBC5%在实际水体中具备较好的吸附和降解2,4-DCP的可行性。本实验为金属改性生物炭制备和使用过程中金属有效负载率低、纳米颗粒易团聚、难回收等问题提供新的合成思路。为低能耗、功能稳定、高效降解水中氯酚类污染物提供了一种新的解决途径。

关键词：吸附共降解 Sr/Fe/SrFe12O19异质结响应面分析 2,4-DCP 实际水体

高铁酸盐对丁基羟基茴香醚的去除效果和机理研究

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环境科学学报 2022年第4期42卷 131-140页

作者：王敏田秉汝潘晓雪李玉成王遵尧安徽大学资源与环境工程学院合肥230601 安徽大学湿地保护与生态恢复重点实验室合肥230601 南京大学环境学院污染控制与资源化国家重点实验室南京210023

通过研究高铁酸盐(Fe(VI))对丁基羟基茴香醚(BHA)的去除效果和机理,阐明这种广泛使用的抗氧化剂在水处理中的转化归趋 .详细考察了溶液 p H 值、氧化剂量、BHA 初始浓度、常见阴阳离子、腐殖酸(HA)和实际水质对其去除效果的影响 .结果表... 详细信息

通过研究高铁酸盐(Fe(VI))对丁基羟基茴香醚(BHA)的去除效果和机理,阐明这种广泛使用的抗氧化剂在水处理中的转化归趋 .详细考察了溶液 p H 值、氧化剂量、BHA 初始浓度、常见阴阳离子、腐殖酸(HA)和实际水质对其去除效果的影响 .结果表明 Fe(VI)可高效去除水中BHA,升高 p H 值、增加氧化剂投加量及分批投加 Fe(VI),对 BHA 去除率更高 . 当 pH= 9.0 时,分别于 0 和 30 s 分两次投加 100 μmol·L^(-1)的Fe(VI)可将 50 μmol·L^(-1)BHA 在 60 s 内完全去除 . 体系中离子 Cl^(-)、HSO_(3)^(-)、NO_(2)^(-)、Ca^(2+)、Cu^(2+)、Fe;和腐殖酸(HA)的存在则会抑制底物的降解,且Cl^(-)、HSO_(3)^(-)和Ca^(2+)的抑制效果随着添加浓度的升高而增强;而NO_(2)^(-)和HCO_(3)^(-)则无明显影响.特别的是,Mg;(0.5 mmol·L^(-1))和NH;(0.5和5 mmol·L^(-1))对BHA的去除起到一定的促进作用 .此外,BHA在实际水质如自来水、河水、二沉池出水和合成废水中相对高的去除率(55% ~ 70%)进一步展示出 Fe(VI)的实际应用能力 .LC-MS 和理论计算结果指出 Fe(VI)氧化 BHA 的机理包括氧转移和抽氢反应,而大量聚合物的生成使溶液矿化度仅约20%.本研究可为水和废水中 BHA类抗氧化剂的去除和环境归趋提供一定理论依据 .

关键词：高铁酸盐丁基羟基茴香醚去除效果实际水体去除机理

黄铁矿-生物炭活化过硫酸盐降解磺胺甲恶唑的机制研究

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黄铁矿-生物炭活化过硫酸盐降解磺胺甲恶唑的机制研究

作者：胡文锦华东师范大学

学位级别：硕士

近年来,磺胺类抗生素的滥用严重威胁着生态系统和人类健康。过硫酸盐氧化是一种降解磺胺类抗生素的有效手段。然而,在传统的过硫酸盐氧化中通常因自由基重组等副反应而消耗过硫酸盐,导致目标污染物的矿化度降低。连续非自由基和自由基... 详细信息

近年来,磺胺类抗生素的滥用严重威胁着生态系统和人类健康。过硫酸盐氧化是一种降解磺胺类抗生素的有效手段。然而,在传统的过硫酸盐氧化中通常因自由基重组等副反应而消耗过硫酸盐,导致目标污染物的矿化度降低。连续非自由基和自由基氧化技术是一种高效降解有机污染物并提高其矿化度的新兴技术,其中过硫酸盐活化是提高目标污染物矿化度的关键。生物炭因其制备简单、来源丰富等优点被广泛应用于过硫酸盐的活化中,但是普通生物炭催化活性低,矿化有机污染物能力差。本文以磺胺甲恶唑为目标污染物,将芦苇生物炭进行改性并负载黄铁矿制得复合材料,探究改性复合材料在基于过硫酸盐的连续非自由基和自由基氧化磺胺甲恶唑体系中的应用效果和作用机制。研究结果可为该体系提高目标污染物的矿化度提供新思路和理论依据。具体研究结果如下:(1)对不同热解温度和黄铁矿复合比下的生物炭复合材料进行磺胺甲恶唑降解实验,并筛选最佳制备条件。研究结果表明,当热解温度为600℃、黄铁矿复合比为1时制备的黄铁矿-生物炭复合材料(600MRSC),其具有最优的活化过一硫酸盐(PMS)降解磺胺甲恶唑(SMX)的性能,拟一级反应速率常数为0.0327 min,远远超过未复合黄铁矿的原始生物炭(0.0127min)。BET、SEM、FTIR、拉曼光谱等表征结果表明,复合黄铁矿后,600MRSC的介孔结构增加,缺陷程度提高以及引入了含Fe的活性官能团。(2)将600MRSC应用到基于过硫酸盐的连续非自由基和自由基氧化体系(SNRP)中,并探究该体系降解SMX的最优反应条件。通过研究发现,当600MRSC添加量为0.5g/L、PMS浓度为1.5m M、SMX初始浓度为10mg/L、反应溶液pH=7时,SNRP-600MRSC体系降解SMX的性能最好。与600MRSC/PMS体系相比,SNRP-600MRSC体系中SMX的矿化度可提高至72.8%。(3)通过自由基淬灭实验、EPR测试和探针化合物实验证明SNRP-600MRSC体系第一阶段无自由基生成,降解SMX的机理是PMS直接氧化。叔丁醇、乙醇和L-组氨酸的淬灭实验结果表明,SNRP-600MRSC体系第二阶段有SO、·OH和O生成,且该结论被EPR光谱和苯甲酸、苯酚探针实验进一步证实。利用硝基苯、苯甲酸、糠醇分别和SMX进行竞争动力学实验,结果表明,在SNRP-600MRSC体系第二阶段中SO占主导,占比为41.22%。反应前后的XPS光谱表明600MRSC表面的Fe(Ⅱ)是催化活性位点,且负载的黄铁矿被氧化可缓释Fe。SNRP-600MRSC体系内存在Fe/Fe循环,且600MRSC中的硫物种可加速该循环,从而使体系内的PMS被有效利用。利用高效液相-质谱联用仪对SMX的中间产物进行测定并推断其可能的降解途径,结果表明,SMX在SNRP-600MRSC体系第一阶段通过羟基化生成中间产物,随后中间产物在SNRP-600MRSC体系第二阶段被SO、·OH等活性物质攻击,导致异恶唑环开环或被氧化以及S-N键断裂。(4)探究Cl、NO、HCO三种无机阴离子和腐殖酸(HA)对SNRP-600MRSC体系降解SMX的影响,结果发现,Cl、NO、HCO、HA对SMX的降解没有明显的抑制作用。在河水、自来水这两种实际水体中,SNRP-600MRSC体系降解SMX的性能优于纯水体系。600MRSC催化剂具有优异的稳定性和重复利用性,经历5次循环后SMX的降解率为93.7%。

关键词：黄铁矿-生物炭复合材料过硫酸盐磺胺甲恶唑连续非自由基和自由基氧化降解机理实际水体

UV/PS降解水中2,4-二氯苯酚的特性研究

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中国环境科学 2017年第6期37卷 2145-2149页

作者：陈菊香高乃云杨静王超慧古振川江闯新疆大学建筑工程学院新疆乌鲁木齐830047 同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室上海200092 内蒙古科技大学能源与环境学院内蒙古包头014010

比较采用PS,UV和UV/PS工艺降解2,4-DCP的去除效果及一级动力学常数,研究光解反应中OH·和SO_4·^-的贡献率,计算SO_4·^-与2,4-DCP反应的二级动力学反应常数,考察实际水体中UV/PS光解2,4-DCP的效果,以及两种有效工艺UV和UV/PS经济性计... 详细信息

比较采用PS,UV和UV/PS工艺降解2,4-DCP的去除效果及一级动力学常数,研究光解反应中OH·和SO_4·^-的贡献率,计算SO_4·^-与2,4-DCP反应的二级动力学反应常数,考察实际水体中UV/PS光解2,4-DCP的效果,以及两种有效工艺UV和UV/PS经济性计算和比较.结果表明,分别单独采用PS,UV降解,降解率是4%和46.2%,而采用UV/PS去除率高达96.4%,大大提高单独PS系统降解2,4-DCP的效率,表明UV/PS系统可高效去除2,4-DCP.采用PS,UV和UV/PS降解2,4-DCP基本遵循拟一级反应动力学,一级反应动力学常数分别为0.4×10^(-3),6.2×10^(-3)和35.1×10^(-3)min^(-1).光解反应中起主作用的是自由基SO_4·^-.SO_4·^-与2,4-DCP二级动力学反应常数是7.07×109(mol/L)-1s-12,4-DCP在3种实际水体(锡东水厂,西氿水库,横山水库)中降解率比在超纯水中的高.经济计算中UV/PS协同系统的能量利用率最高.

关键词： 2, 4-DCP UV/PS 反应动力学实际水体经济预算

高铁酸盐对水中H_(2)受体拮抗剂的降解特性

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化工进展 2021年第8期40卷 4647-4655页

作者：方智煌刘祥余阳钱雅洁薛罡东华大学环境科学与工程学院上海201620

高铁酸盐[Fe(Ⅵ)]兼具氧化、絮凝和消毒等功能,是备受关注的一类多功能水处理剂。本文针对在自然水域中H2受体拮抗剂类药品(HRAs)经常被检出并难以去除的问题,通过高铁酸钾(K_(2)FeO_(4))对5种临床上常见HRAs[即法莫替丁(FMTD)、雷尼替... 详细信息

高铁酸盐[Fe(Ⅵ)]兼具氧化、絮凝和消毒等功能,是备受关注的一类多功能水处理剂。本文针对在自然水域中H2受体拮抗剂类药品(HRAs)经常被检出并难以去除的问题,通过高铁酸钾(K_(2)FeO_(4))对5种临床上常见HRAs[即法莫替丁(FMTD)、雷尼替丁(RNTD)、罗沙替丁(RXTD)、西咪替丁(CMTD)和尼扎替丁(NZTD)]进行氧化降解研究。结果表明,在pH=7条件下,K_(2)FeO_(4)更倾向与带有硫醚键结构和羧基结构的HRAs反应。HRAs(除RXTD外)对K_(2)FeO_(4)具有较高的反应活性,降解率高达98.4%,并且符合二级反应动力学特性。反应二级速率常数与pH有较高的相关性,其主要是由于K_(2)FeO_(4)质子化和HRAs形态受pH的影响。不同浓度的水体基质(Cl^(−)、HCO_(3)^(−)和腐殖酸)对K_(2)FeO_(4)氧化降解HRAs有不同程度的抑制作用。实际水体中复杂的水质特征影响K_(2)FeO_(4)对HRAs的去除,但除医疗废水外,K_(2)FeO_(4)对RNTD的去除率高达80%,医疗废水中的去除率为65%。经K_(2)FeO_(4)处理后,HRAs的生态毒性可显著降低。

关键词：高铁酸钾 H_(2)受体拮抗剂降解动力学实际水体生态毒性

温度、pH值和水质条件对UV/PS光解2,4-DCP的影响

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华南理工大学学报（自然科学版） 2017年第11期45卷 126-131页

作者：陈菊香高乃云杨静张梦文新疆大学建筑工程学院新疆乌鲁木齐830047 同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室上海200092

考察了不同温度、pH值和水质条件下紫外/过硫酸盐(UV/PS)工艺光解2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)的效果及一级反应动力学,探讨了预氧化工艺对2,4-DCP在氯和氯胺消毒过程中生成的消毒副产物的种类和产量的影响.结果表明:UV/PS光解2,4-DCP的45 mi... 详细信息

考察了不同温度、pH值和水质条件下紫外/过硫酸盐(UV/PS)工艺光解2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)的效果及一级反应动力学,探讨了预氧化工艺对2,4-DCP在氯和氯胺消毒过程中生成的消毒副产物的种类和产量的影响.结果表明:UV/PS光解2,4-DCP的45 min降解率可达86.4%,说明UV/PS工艺可高效去除2,4-DCP,且其反应基本遵循拟一级反应动力学;不同温度下,2,4-DCP的降解率随温度的升高而增大,反应符合拟一级反应动力学及阿累尼乌斯公式拟合模型,线性较好;pH值从5.0上升到9.0的过程中,反应速率常数先逐渐增大再降低,在pH=7.0时达最大值;锡澄水库原水、油车水库原水、自来水、锡东水厂水源配制的2,4-DCP溶液的降解率分别是73.5%、80.2%、82.4%、87.4%;PS、UV、UV/PS 3种工艺降解2,4-DCP溶液时,后续氯和氯胺消毒过程中生成的含碳消毒副产物是三氯甲烷、二氯乙酸、三氯乙酸,生成的含氮消毒副产物主要是二氯乙腈和三氯硝基甲烷;UV、UV/PS工艺较大程度地降低了2,4-DCP作为前体物生成的消毒副产物的总量.

关键词：光降解 2,4-二氯苯酚紫外/过硫酸盐工艺拟一级反应动力学温度 pH值实际水体

UV_(254)降解水中双氯芬酸的动力学及机理研究

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环境科学学报 2018年第3期38卷 947-953页

作者：刘义青史鸿乐付永胜西南交通大学地球科学与环境工程学院成都611756

研究了254 nm紫外光照(UV_(254))对水中双氯芬酸(DCF)的降解,考察了pH、天然有机物质(NOM)和硝酸盐(NO_3^-)对DCF光解的影响;探讨了DCF的光解产物和转化机理;最后,研究了DCF在实际水体中的去除.结果表明,DCF在UV_(254)辐射下发生快速降... 详细信息

研究了254 nm紫外光照(UV_(254))对水中双氯芬酸(DCF)的降解,考察了pH、天然有机物质(NOM)和硝酸盐(NO_3^-)对DCF光解的影响;探讨了DCF的光解产物和转化机理;最后,研究了DCF在实际水体中的去除.结果表明,DCF在UV_(254)辐射下发生快速降解,其光解遵循准一级反应动力学模型.在研究的pH范围内,DCF降解效率基本相同,其表观速率常数在5.9×10^(-3)cm^2·mJ^(-1)左右.NOM的存在会抑制DCF的光解,且NOM浓度越高,抑制作用越明显,这主要是由于NOM和DCF竞争入射的紫外光子.NO_3^-在UV_(254)光照下可被激发产生羟基自由基,故NO_3^-的存在可以明显促进DCF的降解.DCF在实际水体中的去除效率与纯水中的基本类似,在紫外光用量为320 mJ·cm^(-2)时,大约83%1μmol·L^(-1)DCF被去除.在UV_(254)光解DCF反应中,共检测到12种降解产物,基于这些检出的反应产物提出DCF可能的光解机理主要包括6种不同的转化路径,分别为脱氯环化、脱羧基反应、甲酰化反应、脱氯羟基化、脱氯氢化和醌化反应.

关键词：双氯芬酸紫外光解反应动力学转化产物实际水体

功能型微气泡富集分离水环境中微纳颗粒污染物

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功能型微气泡富集分离水环境中微纳颗粒污染物

作者：杨钧椷浙江工业大学

学位级别：硕士

由于人类活动以及微纳技术的空前发展和广泛应用,人们开始关注其中的微纳颗粒的释放对环境和生物体带来的影响。近年来功能型微气泡技术被认为是一种有效从水中富集分离微纳颗粒污染物的方法。本论文通过高速搅拌不同的化学药剂(表面活... 详细信息

由于人类活动以及微纳技术的空前发展和广泛应用,人们开始关注其中的微纳颗粒的释放对环境和生物体带来的影响。近年来功能型微气泡技术被认为是一种有效从水中富集分离微纳颗粒污染物的方法。本论文通过高速搅拌不同的化学药剂(表面活性剂和混凝剂)制备功能型微气泡富集分离水中的微纳颗粒污染物。首先利用跟踪技术分析了Ti O纳米颗粒在功能型微气泡分离过程中的归趋和界面行为。其次考虑到金属人工纳米颗粒(MENPs)的转化/溶解特性,探讨了化学药剂剂量、MENP悬浮液的p H值和水体类别对功能型微气泡富集不同化学惰性的典型MENPs(Ag、Zn O、Ti O纳米颗粒)的影响。最后在存在溶解性有机物(DOM)的情况下利用功能型微气泡从水中分离微塑料(MPs)——表面无修饰的聚苯乙烯(PS)和表面羧基修饰的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),并研究了DOM浓度、MP的表面特性和水体类别对工艺效果的影响以及MPs和DOM的相互作用。论文的主要成果如下:在0.78 mg/mg Ti O的最佳SDS相对剂量下,基于纳米颗粒跟踪分析(NTA),Ti O纳米颗粒的数量浓度大大降低了2-4个数量级,而根据电感耦合等离子体质谱(ICP-MS),大约有84.0%的颗粒被分离。NTA显示了水相中总体颗粒分散状态的变化,而ICP-MS提供了有关Ti的分离效果。显微拉曼、动态光散射和小角度激光散射可以获得絮状物的结构和形态方面的信息。具有开放结构的大絮状物易于形成,并在适当的化学药剂剂量下可轻松分离。但是,剂量过量会削弱了气泡捕获能力,并生成了小而致密的团聚体。当悬浮液的p H值为6.0时,功能型微气泡能够富集90.0%的离子态Ag(I),最终在浮渣中以Ag Br和AgCO的形式出现。具有正表面电荷的聚合氯化铝(PACl)修饰的微气泡善于捕获颗粒态Zn O(～84.8%),但无法收集其离子成分。总的MENP富集效率与不同形态的含量比例密切相关。在河水中,DOM和电解质都可能通过影响Ag和Zn O纳米颗粒的形态转化而影响富集过程。对于惰性的Ti O纳米颗粒,功能型微气泡富集的效率能达到97.1%。DOM显然增强了富集效果,因为其架桥促进了颗粒与气泡之间的连接。腐殖酸(HA)对PS-MPs的分离有促进作用(在最佳剂量下分离效率可达94.4%以上),而对PMMA-MPs的分离有抑制作用(HA与PMMA竞争气泡)。这种差异可能归因于MP的表面特性和电荷。在实际水体(河水和污水处理厂进水)中,几乎完全分离了两种类型的MP颗粒。荧光猝灭滴定表明,气泡倾向于捕获游离的DOM分子和与DOM结合的MP颗粒。此外,DOM生成的絮凝物也可能通过网捕或卷扫作用使MPs被气泡捕获并收集。本论文的研究首次展示了功能型微气泡技术收集纳米颗粒时,颗粒在水相和固相中的变化,为其他研究纳米颗粒的归趋和工艺效果相关技术提供了参考;考虑到MENP污染物的特性,有助于针对MENPs的稳定性建立更有效的微气泡富集方法;提供了更简单、环保的技术分离水中MPs,并为实际水体中MP分离打下了基础。

关键词：功能型微气泡人工纳米颗粒微塑料富集分离实际水体

KMnO4氧化水中芳香胺类有机物的效能及应用研究

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KMnO4氧化水中芳香胺类有机物的效能及应用研究

作者：鲁雪婷哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

近些年来,由于经济的发展和人口的增长,环境污染日益严重。水资源面临着水量短缺和水质污染的双重考验。而以苯胺(AN)为代表的芳香胺类有机污染物在地表水和地下水中频繁检出。苯胺作为一种常用的化工原料,不仅是合成染料、药物、橡胶... 详细信息

近些年来,由于经济的发展和人口的增长,环境污染日益严重。水资源面临着水量短缺和水质污染的双重考验。而以苯胺(AN)为代表的芳香胺类有机污染物在地表水和地下水中频繁检出。苯胺作为一种常用的化工原料,不仅是合成染料、药物、橡胶的重要中间体,而且苯胺本身具有毒性,是“三致”物质,其合成的含氮化合物还有可能在消毒过程中与氯或氯胺反应生成含氮消毒副产物。在水处理过程中,化学氧化技术可以有效的氧化去除芳香胺类有机污染物。由于传统水处理工艺很难将这些溶解性有机物去除,高级氧化除微污染技术应运而生。研究表明,臭氧、高铁酸盐、过硫酸盐、二氧化氯、Fenton试剂等可以有效的氧化去除芳香胺类有机污染物,但各氧化剂都存在着一定的局限性。而高锰酸钾作为水处理过程中使用最广泛的氧化剂之一,具有氧化能力较强、价格低廉、运输方便和产物对环境没有破环作用等优点,是一种环境友好型氧化剂,但是对于高锰酸钾的研究还是较少的。研究表明,KMnO能有效的氧化去除以苯胺、4-溴苯胺等芳香胺类微污染有机物,其二级反应速率常数在p H=p Ka处最大,并随着p H的升高而减小。在p H=7.0时,高锰酸钾降解苯胺、4-溴苯胺、4-甲基苯胺反应的二级反应速率常数分别为k2=9.44M-1s-1、k2=1.67M-1s-1、k2=305.28M-1s-1。在p H=5.0和6.0时,高锰酸钾氧化芳香胺会由于自催化现象使其偏离了假一级动力学曲线,这里认为产生的自催化现象是由于高锰酸钾去除芳香胺的时侯产生了MnO,这对高锰酸钾去除芳香胺有促进作用。本课题还建立了动力学模型来拟合所求的高锰酸钾降解芳香胺的二级反应速率常数来解释求得的二级反应速率常数的规律。在确定动力学模型后,拟合出各形态物质的反应速率,进而建立了高锰酸钾降解芳香胺的定量构效关系。实验考察了实际水体中常见的阳离子(Ca和Mg)和阴离子络合剂(EDTA和Na4P2O7)对高锰酸钾降解芳香胺类微污染有机物的影响。实验结果表明,在p H实际水体样品研究,结果表明,高锰酸钾降解芳香胺类微污染有机物的二级反应速率常数在实际水体和配水中的几乎接近,所以高锰酸钾降解芳香胺的二级反应速率常数是具有工程意义的。研究还利用LC-MS/MS对高锰酸钾降解芳香胺类微污染有机物的最终产物进行了检测分析。研究表明,高锰酸钾降解芳香胺的产物没有生成有毒的亚硝胺类物质,而是先生成了聚合在开环再加氧的产物,由于每种的产物可能有很多同分异构体,所以这里就不一一例举。在测得产物的结果中,我们还得到了一个重要的结论,生成物属于开环的产物,并且在ESI源负电的条件下测得,那其产物的溶解性就会增大,那么AOC的值也随增大。这一点,实验也给出了证明,由于反应后的AOC值增大了,那就更利于后序的微生物降解,所得结论的工程意义还是很大的。

关键词：高锰酸钾芳香胺类有机物反应动力学氧化产物实际水体