水中卤代乙酸的紫外光解机理和影响因素研究

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卤代乙酸是一类在工业上有着大量应用的含卤素有机物。其良好的化学稳定性和亲水性使得卤代乙酸普遍存在于水环境中并籍此扩散至其他环境体系。值得注意的是,人们日常生活饮用水中也存在一定量的卤代乙酸,其含量仅次于卤代甲烷,是饮用水中第二大类消毒副产物。因此,开展关于水体中卤代乙酸降解机理和影响因素的研究十分必要。本文运用紫外光辐射法对包括一氯乙酸(MCAA)、二氯乙酸(DCAA)、三氯乙酸(TCAA)、一溴乙酸(MBAA)、溴氯乙酸(BCAA)、一碘乙酸(MIAA)、二溴乙酸(DBAA)在内的七种卤代乙酸(HAA7)进行了降解机理的研究,并通过模拟不同的环境因素揭示其对各卤代乙酸去除速率的影响。结果表明,紫外光辐射法通过脱卤、矿化等过程可有效降解水体中卤代乙酸的含量。光解10~360min后,HAA7的有效去除率均可达到80%以上,且HAA7的光解均符合一级反应动力学。HAA7的光解速率常数随卤代程度的增强、卤代元素分子量的增加而随之增大。HAA7光解的普遍产物为卤素离子、甲酸、甲醛和卤代甲烷,其中氯代乙酸在光解过程中主要通过矿化途径产生二氧化碳,而溴代和碘代乙酸则先脱卤后脱羧产生不含卤素的中间体。此外,通过建立HAA7光解速率常数的对数(log kp)与不同分子描述符之间的定量构效关系模型发现,碳卤键的键能、摩尔吸光系数的对数与电诱导效应常数共同模拟出的logkp具有最佳相关性(R2=0.98),说明光解过程中卤代乙酸的分子结构是影响其速率常数的重要内部因素。此外,本文还考察了包括卤代乙酸的初始浓度、水环境的初始pH值、碳酸根(CO32-)、碳酸氢根(HCO3-)、氯离子(Cl-)、溴离子(Br-)、碘离子(I-)、硝酸根(NO3-)、腐殖酸(HA)、余氯以及不同水环境在内的11种环境因素对卤代乙酸光解速率的影响。结果表明,在超纯水环境下,初始浓度对卤代乙酸的光解速率常数没有明显的影响。在高pH环境下,HAA7的光解速率常数相较于低pH环境而言要小一些。CO32-和HCO3-对羟基自由基的淬灭作用导致了氯代乙酸的光解速率下降,而Cl-由于与氯代乙酸产生同离子效应也同样导致氯代乙酸的光解速率下降。Br-、NO3-和HA对卤代乙酸光解的抑制作用尤为明显,随着Br-和HA浓度的增加,卤代乙酸的光解速率也随之下降;而I-可有效促进DCAA、MBAA和DBAA的光解。在紫外光照射的条件下,水体中的余氯或可生成氯自由基,从而加速卤代乙酸的光解。
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