PDMDAAC中杂质生成消毒副产物NDMA的动力学初探

发布时间：2020-07-16 01:58

【摘要】：我国地表水源水即原水普遍受到污染,其中,微污染原水占有较高比例。我国原水处理一般不使用氯胺而使用氯作为预氯氧化消毒剂,但是,微污染原水中含有氨氮,在加氯条件下,同样可能生成氯胺。生成的氯胺就有可能与原水中存在的含二甲胺基化合物或外加的含有二甲胺基水处理剂作用,生成消毒副产物NDMA。由于NDMA具有强致癌性,相关研究也得到了研究者的高度重视。在用于微污染原水强化混凝处理的复合混凝剂无机盐/PDMDAAC中,PDMDAAC是一个含二甲胺基官能团化合物,其所含杂质中也有含二甲胺基官能团化合物,比如二甲胺盐酸盐、二甲基烯丙基胺盐酸盐和二甲基二烯丙基氯化铵。因此,研究这些杂质与氯胺反应生成NDMA的可能性及规律显得十分必要。本文首先进行前期探索实验,接着对NDMA检测方法进行了验证。然后,在NDMA检测限范围内进行NDMA生成探底实验。最后,以PDMDAAC中所含典型杂质为目标,研究这些杂质与氯胺反应生成NDMA的动力学和反应活化能,为我国原水处理过程中预测NDMA的生成提供基本数据。本论文内容主要如下。首先,本文前期探索部分是3 mg/L投加量下杂质与氯胺反应生成NDMA的规律。结果表明:不同的反应条件如pH值,反应物浓度等对NDMA生成量有一定的影响。为了验证目标杂质对已有文献NDMA检测方法的影响,考察了目标杂质对高效液相色谱检测和在固相萃取柱上浓缩NDMA过程的影响。结果表明:目标杂质对NDMA在固相萃取柱的吸附基本无影响,NDMA回收率高达98.7%～99.2%;目标杂质对高效液相色谱检测过程不产生可观察到的影响。其次,针对在我国微污染原水处理过程中实际的情况,为了研究近实际PDMDAAC投加量下所含杂质生成NDMA的可能性,进行了 NDMA生成量探底实验。结果表明:三种目标杂质二甲胺盐酸盐、二甲基烯丙基胺盐酸盐和二甲基二烯丙基氯化铵与氯胺反应后生成可以检测到的10 ng/L量级NDMA的最低浓度分别约为0.25、0.50和1.00 mg/L。根据我国微污染原水处理中使用预氯氧化后再用复合混凝剂强化混凝处理的情况,实际PDMDAAC投加量级为2 mg/L,此时,其所含的这三种杂质最大浓度下生成的NDMA的量则远低于10 ng/L。最后,为了进一步了解PDMDAAC中目标杂质与氯胺反应生成NDMA的历程,对杂质与氯胺反应动力学进行了研究。采用隔离法测定得到的反应物浓度与时间的关系,再用尝试法求解三种杂质分别与氯胺反应的反应级数、速率常数、速率方程和活化能。结果表明:目标杂质在与氯胺反应过程中,三者与氯胺的反应级数均为一级反应,氯胺的反应级数均为一级。二甲胺盐酸盐、二甲基烯丙基胺盐酸盐和二甲基二烯丙基氯化铵与氯胺反应的反应速率常数,在25℃条件下,分别为 7.4012×10-3,1.9811×10-3 和 1.5601×10-3mol-1·min-1;在 15℃条件下,分别为 5.3023×10-3,2.8213×10-3和1.1434×10-3 mol-1·min-1和在5℃条件下,分别为1.3385×10-3,5.1480×10-4和2.1879×10-4 mol-1·min-1。其中,二甲胺盐酸盐和二甲基烯丙基胺盐酸盐与氯胺反应活化能Ea分别为51.27 kJ/mol和53.57 kJ/mol。以上完成的工作,可为含PDMDAAC的复合混凝剂用于微污染原水强化混凝处理工艺的推广应用,提供有力的实验研究基础。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU991.25
【图文】：

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【参考文献】