基于微孔矿物吸附和微波诱导降解耦合去除水体中亚硝基二甲胺（NDMA）

发布时间：2017-10-01 00:26

  本文关键词：基于微孔矿物吸附和微波诱导降解耦合去除水体中亚硝基二甲胺（NDMA）

  更多相关文章： 亚硝基二甲胺 二甲胺 微孔矿物吸附 微波照射 降解

【摘要】：亚硝基二甲胺(NDMA)作为氯化／氯胺及臭氧消毒后的副产物,存在于消毒处理后的饮用水和污水中。由于它的毒性和潜在致癌性,一些国家和地区及世界卫生组织都制定了相关的NDMA饮用水标准。但是,由于NDMA的分子量和分子体积小、极性强、水溶性高且毒性大,导致传统的物理、化学和生物方法难以将其有效彻底地清除,因此亟需研究开发处理水体中NDMA的新方法和新技术。本研究以NDMA为模型污染物,选择多孔矿物材料作为吸附NDMA和微波诱导降解NDMA的载体,建立了一种基于微孔矿物吸附和微波诱导降解耦合去除水体中NDMA的新型处理方法。论文主要研究内容和结果如下：1.不同多孔矿物材料对NDMA吸附能力及微波诱导降解情况。选取一系列多孔矿物材料,包括ZSM-5 (Si/Al=12.5、25、40、130)、Cu-ZSM-5 (Si/Al=25)、 H-ZSM-5 (Si/Al=25)、Mg-ZSM-5 (Si/Al=25)、CBV-780、CBV-10A、4A、硅藻土和MCM-41,考察矿物材料的孔径结构、表面性质对NDMA的吸附和降解情况。结果表明多孔材料从孔径大小、表面阳离子密度和阳离子类型三个方面影响NDMA的吸附和降解,其中脱铝Na-ZSM-5 (Si/Al=25)沸石由于具有合适的孔径大小和阳离子类型及较高的表面阳离子密度,展示出对NDMA较强的吸附能力和较快的微波诱导NDMA降解速率。2.微波输出功率和辐射过程中微孔矿物整体温度对微波诱导降解NDMA的影响。调整磁控管输出功率,并通过气流冷却控制样品在辐照过程中的整体温度,考察吸附在微孔内NDMA的降解情况。结果显示,微波能量越高或微孔矿物整体温度越高,所吸附的NDMA降解速率越快, 这可能由孔壁表面形成的“热点”的密度增加及形成了更高温度的“热点”热分解导致。3.吸附有NDMA和DMA的ZSM-5沸石在微波辐照过程中总碳和总氮含量的变化以及红外光谱分析。考察了微波辐照过程中负载有NDMA和DMA的ZSM-5沸石的C、N含量变化以及相应的红外光谱,C/N比值随微波辐照时间的延长而逐渐降低,并有发生完全矿化的趋势。红外光谱化学键吸收峰的改变与后来检测到的NDMA降解产物相一致,定性地证实NDMA的降解。4.矿物微孔中NDMA及其前驱体二甲胺(DMA)的微波诱导降解机理。以Na-ZSM-5 (Si/Al=25)作为吸附载体,考察NDMA和DMA在微波辐照过程中降解产物的生成。结果显示,吸附到Na-ZSM-5 (Si/Al=25)上的NDMA和DMA在微波作用下迅速地降解,生成HCOOH、CH3COOH等中间产物,并且随着照射时间的延长,中间产物会发生进一步的降解。所检测到的降解产物与微波照射下微孔表面阳离子与极性分子选择性吸收微波能量形成“热点”而导致微孔中的NDMA和DMA发生热裂解的机理相吻合。5.微波诱导NDMA降解的活化能。考察负载于ZSM-5的NDMA在不同微孔矿物整体温度下的降解速率,结果表明,微波诱导降解NDMA的活化能(46 kJ/mol)低于传统的热解反应(60-250 kJ/mol),说明微波的“非热效应”对NDMA的微波诱导降解也起着一定的作用。上述实验结果证实微孔材料吸附与微波诱导降解耦合可以同时高效去除水体中的NDMA和它的前驱体DMA,并可最终实现它们的完全矿化而不产生毒害副产物。相比已有的NDMA控制技术,该方法具有高效节能等优势,是一项具有应用价值的处理方法。
【关键词】：亚硝基二甲胺 二甲胺 微孔矿物吸附 微波照射 降解
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(广州地球化学研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X52
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 引言11-23
• 第一节 亚硝基二甲胺(NDMA)及其去除方法11-16
• 一、NDMA的研究背景11-12
• 二、水中NDMA的去除方法12-16
• 第二节 微孔矿物对有机污染物的吸附16-19
• 一、微孔矿物吸附材料16
• 二、微孔矿物吸附有机物的机理16-17
• 三、微孔矿物对有机物吸附的影响因素17-18
• 四、吸附在微孔中有机物的去除方法18-19
• 第三节 微波19-21
• 一、微波概述19
• 二、微波作用机理19-20
• 三、微波诱导催化及其应用20-21
• 第四节 本研究的意义、内容和目标21-23
• 第二章 材料与方法的建立和优化23-37
• 第一节 实验材料和仪器23-26
• 一、多孔材料23
• 二、化学试剂23
• 三、实验仪器23-26
• 第二节 实验内容26-31
• 一、吸附实验26-29
• 二、微波作用下NDMA在矿物微孔上的降解实验29-31
• 三、微孔矿物材料中NDMA和DMA的萃取方法31
• 第三节 方法的建立和优化31-37
• 一、微孔矿物材料中NDMA微波辅助萃取方法的优化31-34
• 二、LC-MS/MS仪器分析方法的优化34-35
• 三、NDMA降解产物和二甲胺(DMA)离子色谱(IC)分析法35
• 四、矿物材料的表征35-37
• 第三章 吸附和降解NDMA的微孔矿物材料的优化37-49
• 第一节 吸附富集NDMA的多孔矿物材料的优化37-42
• 一、多孔矿物孔道大小对NDMA吸附的影响37-39
• 二、多孔矿物亲疏水性对NDMA吸附的影响39-41
• 三、多孔矿物内阳离子类型对NDMA吸附的影响41-42
• 第二节 吸附富集DMA的多孔矿物材料的优化42-43
• 第三节 多孔材料对微波诱导降解NDMA的影响43-49
• 一、孔径大小对微波诱导降解NDMA的影响44
• 二、阳离子密度对微波诱导降解NDMA的影响44-46
• 三、表面阳离子类型对微波诱导降解NDMA的影响46-49
• 第四章 微波诱导NDMA及前驱体(DMA)在微孔Na-ZSM-5中的降解49-61
• 第一节 影响微波诱导吸附在微孔上NDMA的降解因素49-54
• 一、微波输出功率对NDMA微波诱导降解的影响49-50
• 二、温度对微波诱导降解NDMA的影响50-54
• 第二节 间接论证微波诱导吸附在Na-ZSM-5上NDMA的降解54-57
• 一、红外光谱表征54-55
• 二、微波作用下负载NDMA和DMA的沸石结构中C/N的变化55-57
• 第三节 微波诱导吸附在ZSM-5沸石上的NDMA降解机理研究57-61
• 第五章 微孔吸附-微波诱导技术在降解NDMA的技术优势61-67
• 第一节 微波技术对降解NDMA活化能的影响61-63
• 第二节 微波辐射下水体和微孔中NDMA的转化63-67
• 一、对比微波照射液相和固相中NDMA的降解63-64
• 二、微孔吸附-微波诱导降解技术在去除NDMA上的潜在应用64-67
• 第六章 结论与展望67-69
• 第一节 主要结论67-68
• 第二节 创新之处68
• 第三节 研究展望68-69
• 参考文献69-79
• 作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果79-81

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 余波;程刚;仝攀瑞;东波;;微波诱导催化剂在水处理中的应用[J];工业用水与废水;2010年04期

2 俞世荣,张寒琦,金钦汉;微波诱导等离子体光谱分析特性的研究[J];光谱学与光谱分析;1990年06期

3 俞世荣;张寒琦;金钦汉;;用微波诱导等离子体发射光谱法测定铁及其它一些元素[J];化学研究与应用;1991年01期

4 于爱民,王旭,金钦汉;微波诱导等离子体离子化检测器响应特性的研究[J];高等学校化学学报;1992年12期

5 张寒琦,金钦汉,张金生;低功率氦微波诱导等离子体的基本特性[J];吉林大学自然科学学报;1993年01期

6 侯明轶,段忆翔,刘军,王勇,金钦汉;去溶温度对微波诱导等离子体原子吸收光谱法分析性能影响的研究[J];分析化学;1993年04期

7 于爱民,杨文军,金钦汉,王芬蒂;微波诱导等离子体离子化检测器的研究——气相色谱法同时测定甲醇和水[J];分析化学;1993年11期

8 侯明轶,杜朝晖,段忆翔,刘军,金钦汉;微波诱导等离子体原子吸收光谱法测定锰的研究[J];分析试验室;1993年02期

9 段忆翔;李行友;金钦汉;;电热进样微波诱导等离子体原子吸收光谱法进样装置的改进及测定铜的研究[J];分析仪器;1993年01期

10 于爱民;王旭;唐思清;金钦汉;;微波诱导等离子体离子化检测器气相色谱法测定有机溶剂中的水[J];分析仪器;1993年03期

中国重要会议论文全文数据库 前7条

1 关晓彤;白晓琳;赵丽杰;于大伟;李良;;微波诱导氧化处理中性红溶液的研究[A];第六届全国环境催化与环境材料学术会议论文集[C];2009年

2 陈泓哲;常蛟;王琳;杨绍贵;胡晓斌;孙成;杨泼;;两种不同晶型铁酸材料微波诱导反应对比[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年

3 马慧俊;王鹏;张国宇;洪光;崔悦;张兴;石岩;;微波诱导氧化法处理染料废水工艺技术研究[A];中国化学会第七届水处理化学大会暨学术研讨会会议论文集[C];2004年

4 何欢;杨绍贵;孙成;;微波诱导NiOx催化氧化降解孔雀石绿研究[A];第五届全国环境化学大会摘要集[C];2009年

5 姜虹;王鹏;王晓东;史书杰;张国宇;;改性氧化铝微波诱导ClO_2催化氧化处理水中苯酚的研究[A];第十二届全国微波能应用学术会议论文集[C];2005年

6 石将军;王鹏;林秀玉;张国宇;史书杰;;微波诱导Fe_2O_3／γ-Al_2O_3催化氧化固定床反应器处理含酚废水[A];第十二届全国微波能应用学术会议论文集[C];2005年

7 袁春燕;王鹏;潘维倩;;微波诱导热解污泥制备吸附剂及对染料废水处理的研究[A];中国化学会第八届水处理化学大会暨学术研讨会论文集[C];2006年

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 记者 王秀兰;19项“863”化工成果落户东北[N];中国化工报;2005年

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 陈红英;臭氧—微波诱导催化氧化饮用水中的内分泌干扰物邻苯二甲酸二丁酯[D];太原理工大学;2012年

2 黄河洵;基于微波诱导的市政污泥干化与热解研究[D];华中科技大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 程飞;微波诱导催化氧化降解甲基橙[D];青岛科技大学;2015年

2 贺圆珍;基于微孔矿物吸附和微波诱导降解耦合去除水体中亚硝基二甲胺（NDMA）[D];中国科学院研究生院(广州地球化学研究所);2016年

3 范艳辉;微波诱导氧化工艺在难降解有机废水中的应用研究[D];武汉科技大学;2009年

4 卢启增;微波诱导催化氧化降解有机废水[D];青岛科技大学;2012年

5 肖珊;微波诱导催化工艺处理难降解废水的研究[D];郑州大学;2011年

6 王晓星;微波诱导敏化剂的制备及其对焦化废水的处理[D];武汉科技大学;2013年

7 王一娜;微波诱导实现污泥减量的研究[D];大连工业大学;2010年

8 刘振;微波诱导热解电子废弃物过程中金属放电热效应研究[D];山东大学;2012年

9 舒敦涛;Pb~(2+)、Zn~(2+)在微波诱导磷石膏上的吸附机制及墙体材料制备试验研究[D];昆明理工大学;2012年

10 赵莉;微波诱导稠油催化反应的机理研究[D];西安石油大学;2009年

，

本文编号：951295