活化过硫酸盐高级氧化技术降解水中阿特拉津实验研究

发布时间：2020-05-24 22:50

【摘要】：随着国民经济、工业的迅猛发展,导致的环境污染和能源危机事件频频发生且日益严重,环境污染已成为影响人类生存和可持续发展的全球性问题。其中人类赖以生存的水资源污染特别突出,带来的后果尤其严重。水污染是世界各国共同面临的急需解决的问题之一。阿特拉津(ATZ)作为在农业上广泛应用的除草剂,化学性质稳定,自然条件下降解缓慢,加上多年使用,土壤中形成了比较严重的残留,且通过地表径流、淋溶作用进入水体。由于其结构具有高度的稳定性,难于被生物降解,也难于被药剂氧化降解,被微生物矿化的过程十分缓慢,已导致了某些地区地表水和地下水的污染。本研究以ATZ为目标污染物,基于过二硫酸盐(PS)的高级氧化技术,选择紫外光(UV)作为能量活化因素和Fe2+作为离子活化因素两种活化技术活化PS,对ATZ进行氧化降解,通过改变反应液pH、活化强度、氧化剂投加量和温度这些实验参数,使ATZ的氧化降解效率提高,并初步探讨了两种活化方法的降解动力学过程。最后,捕捉了紫外活化过程中的自由基基团且推测了 ATZ的可能降解途径。UV/PS降解ATZ的反应完全符合准一级动力学反应,利用紫外光活化PS可以有效的降解水中的ATZ,UV/PS体系对ATZ的降解效率主要受到紫外光强度、PS投加量及温度的影响,随着这三个变量的增加,ATZ的处理效率均有所提升,而pH变化对整个体系的降解效率的影响并不明显。利用Fe2+活化PS降解水中的ATZ的效率受到pH、Fe2+浓度、PS投加量及温度的影响。不同pH反应液中,Fe2+的存在形式不同,导致对PS的活化能力不同,使ATZ的降解效率有明显差异,其次在碱性条件下生产的·OH也对ATZ的降解效果产生影响。Fe2+和PS的投加比例是此体系中的另一关键因素,两者相互影响,单一因素过量投加对ATZ的降解效率均无明显提升。在对Fe2+活化PS降解ATZ降解动力学拟合时发现,ATZ的降解分为两个阶段,前1min为快速反应,之后反应速度渐趋平稳,符合一级动力学反应。在UV/PS体系自由基捕捉实验中发现,在不同的pH条件下,UV/PS中自由基的组成不同。酸性条件下仅有S04-·存在,而在pH7时,本实验体系中的S04-·就已发生链式反应产生了·OH,而在pH9的条件下,过量的·OH又会发生淬灭反应。并且在UV/PS的反应体系中,单独PS体系对ATZ基本无降解作用,且UV/PS的降解效率明显要大于单独紫外光降解ATZ的降解效率。通过LC-MS的检测分析,认为ATZ的主要降解途径为脱氯上羟基和脱支链上的乙基或异丙基,且两种途径并不孤立,但三嗪环最终未被氧化开环。
【图文】：

ＡＴＺ初始浓度４００ｕｇ／Ｌ，紫外灯强度为５Ｗ，ＰＳ投加量为７０ｕｍｏｌ／Ｌ，温度２０°Ｃ，逡逑采用Ｈ２Ｓ０４和ＮａＯＨ将反应体系的初始ｐＨ分别调至３、４、７、８、９，邋ＡＴＺ的氧化去除逡逑率见图３－１。逡逑１．０－邋＃逡逑Ｉ逦－？－ｐＨ３逡逑ａａ：邋１邋＝逡逑。＿６＿邋＼＼邋—逡逑０．０－邋？逡逑Ｉ逦１逦Ｉ逦１逦Ｉ逦１逦Ｉ逦１逦ｉ逦１逡逑０逦５逦１０逦１５逦２０逡逑ｔ邋（ｍｉｎ）逡逑图３－１邋ｐＨ对阿特拉津氧化去除率的影响逡逑由上图可知，ｐＨ对ＵＶ／ＰＳ反应体系降解ＡＴＺ的最终去除率影响不大。加入逡逑７０ｕｍｏｌ／Ｌ的ＰＳ，反应２０ｍｉｎ后，不同ｐＨ条件下的ＡＴＺ的去除率均达到１００％。并且逡逑从数据图中发现，ｐＨ３－９的ＡＴＺ降解曲线只有微小的差异，可见ｐＨ在ＵＶ／ＰＳ体系中逡逑并不是主要影响因素，其对ＡＴＺ氧化降解的影响能力被紫外灯激活ＰＳ所产生的影响逡逑能力大大掩盖，，故此反应体系相较于其他氧化降解体系的优点是可在较宽的ｐＨ范围内逡逑应用。但图中也可发现反应前期ｐＨ对反应速率有明显影响，将进一步在３．５．１中做深逡逑入探究。逡逑３．２紫外灯强度对ＡＴＺ氧化去除率的影响逡逑实验在ＡＴＺ浓度４００ｕｇ／Ｌ、ＰＳ投加量３０ｕｍｏｌ／Ｌ、温度２０°Ｃ、ｐＨ５．８条件下进行，逡逑采用０Ｗ邋（即无紫外灯照射）

ＡＴＺ初始浓度４００ｕｇ／Ｌ，紫外灯强度为５Ｗ，ＰＳ投加量为７０ｕｍｏｌ／Ｌ，温度２０°Ｃ，逡逑采用Ｈ２Ｓ０４和ＮａＯＨ将反应体系的初始ｐＨ分别调至３、４、７、８、９，邋ＡＴＺ的氧化去除逡逑率见图３－１。逡逑１．０－邋＃逡逑Ｉ逦－？－ｐＨ３逡逑ａａ：邋１邋＝逡逑。＿６＿邋＼＼邋—逡逑０．０－邋？逡逑Ｉ逦１逦Ｉ逦１逦Ｉ逦１逦Ｉ逦１逦ｉ逦１逡逑０逦５逦１０逦１５逦２０逡逑ｔ邋（ｍｉｎ）逡逑图３－１邋ｐＨ对阿特拉津氧化去除率的影响逡逑由上图可知，ｐＨ对ＵＶ／ＰＳ反应体系降解ＡＴＺ的最终去除率影响不大。加入逡逑７０ｕｍｏｌ／Ｌ的ＰＳ，反应２０ｍｉｎ后，不同ｐＨ条件下的ＡＴＺ的去除率均达到１００％。并且逡逑从数据图中发现，ｐＨ３－９的ＡＴＺ降解曲线只有微小的差异，可见ｐＨ在ＵＶ／ＰＳ体系中逡逑并不是主要影响因素，其对ＡＴＺ氧化降解的影响能力被紫外灯激活ＰＳ所产生的影响逡逑能力大大掩盖，故此反应体系相较于其他氧化降解体系的优点是可在较宽的ｐＨ范围内逡逑应用。但图中也可发现反应前期ｐＨ对反应速率有明显影响，将进一步在３．５．１中做深逡逑入探究。逡逑３．２紫外灯强度对ＡＴＺ氧化去除率的影响逡逑实验在ＡＴＺ浓度４００ｕｇ／Ｌ、ＰＳ投加量３０ｕｍｏｌ／Ｌ、温度２０°Ｃ、ｐＨ５．８条件下进行，逡逑采用０Ｗ邋（即无紫外灯照射）
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703

【参考文献】

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本文编号：2679120