光降解具有环境持久性的全氟辛磺酸：机理研究和改进措施

发布时间：2020-08-21 00:05

【摘要】：全氟化合物(perfluorinated chemical, PFC)是一类具有高度环境持久性和毒性的有机化合物,广泛存在于各种水环境中。光降解污染物的技术是一种处理全氟化合物的新兴方法,可以将全氟化合物高度矿化(实现较高的脱氟率),且对环境友好。然而,全氟化合物光降解的速率较慢,相关机理尚未清楚,使其应用价值受到极大限制。在本文中,我们研究了一种常见且重要的全氟化合物——全氟辛磺酸(perfluorooctane sulfonate, PFOS)的直接光照降解过程及相关机理,并提出了一些改进措施以提高其光降解效率。水合电子在直接紫外光照降解水溶液中全氟辛磺酸的过程中发挥至关重要的作用：全氟辛磺酸首先被紫外光解水而生成的水合电子所还原,还原产物经过后续一系列水解及氧化还原反应,生成矿化产物。基于对这一机理的了解,我们通过优化反应溶液的pH值和温度,实现了高效的全氟辛磺酸直接紫外光照降解,降解速率是先前文献报道值的109倍。我们还研究了直接紫外光照降解全氟辛磺酸在实际环境基质(污水处理厂出水与湖水)中的表现。在这些基质中所获得的光降解速率与磷酸盐缓冲溶液中相当。通过考察环境基质中常见的物质对这一直接紫外光照降解的影响,我们认为其中稳定的弱碱性条件和适宜的离子强度是全氟辛磺酸在环境基质中能被有效降解的主要原因,而腐殖酸可能同时具有促进和抑制作用。考虑到水合电子在全氟化合物直接光照降解中发挥着至关重要的作用,我们发现引入一些能够增强水合电子量子产率或浓度的物质,甚至是污染物,可以显著增强全氟辛磺酸的光降解效率。考虑到水合电子的反应特性与全氟辛磺酸的表面活性,我们提出一个同时利用紫外光照和沸腾条件处理水溶液中全氟辛磺酸的高级还原过程。在沸腾的溶液中,包括在温度较低的减压沸腾溶液中,全氟辛磺酸的光降解速率都显著提升。通过考察溶液温度、沸腾程度、水合氢离子和氧气等对这一高级还原过程的影响,我们初步提出了该过程背后可能存在的机理。综上,本文对全氟辛磺酸的直接紫外光照降解过程提出了更深入的见解,同时提供了一些增强改进全氟辛磺酸光降解的措施,为去除水环境中的全氟化合物与其它具有类似性质的持久性污染物提供了有价值的建议。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O644.19;X703

【参考文献】