光芬顿反应中溶解性有机质的转化研究

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光芬顿反应不仅对污染物的迁移转化具有重要影响,同时还可导致溶解性有机质(DOM)自身发生转化,在卤素离子存在下还可引起DOM的卤化生成风险性卤代有机物。本工作模拟了环境水体中的光芬顿反应,综合利用总有机碳分析仪、光谱表征、液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用和超高分辨质谱等分析了DOM组成结构在光芬顿反应中的转化、以及碘化过程和产物,重点考察了p H对该过程的影响,并揭示了光芬顿反应中DOM转化和碘化的过程和机制。主要包括两部分:(1)光芬顿反应中DOM发生了显著转化,在p H 3.0、4.0条件下降解率分别达到了94.8%和64.7%,而在p H≥5.5条件下降解率均小于30%,其中DOM生色基团在p H≤4.0条件下降解较为明显,对应的分子量也有变小的趋势。利用平行因子分析法(PARAFAC)解析出两个类腐殖质组分(C1、C2)和一个类酪氨酸组分(C3),其中C1最易被降解,C3最难降解。随着反应的进行,DOM组分的O/C比逐渐升高,仅含C、H和O的组分所占比例逐渐降低,而含杂原子的组分逐渐增多,被降解的组分主要以氧化程度相对较低的、不饱和度较高的组分为主,其中大部分仅含C、H和O,上述转化过程在低p H下尤为显著。统计分析结果表明,DOM在p H≤4.0条件下的转化过程相近,DOM组分逐渐向高饱和度、低芳香度、小分子量以及高氧化状态转化。对其反应机制进行分析表明,光芬顿反应中DOM的转化过程以脱乙基、乙酰基以及异丙基为主。(2)光芬顿反应能显著促进I-的氧化,在p H 3.0、4.5、6.0和7.5条件下分别有21%、46.1%、27.1%和13%的I-被氧化,说明酸性条件相比中性条件更有利于I-的氧化并生成有机碘化合物(OICs)。超高分辨质谱在p H 3.0、4.5、6.0和7.5条件下分别检出了351、369、371和151种OICs,与I-的变化趋势一致。生成的OICs主要以含一个碘原子的化合物为主(93.4%—98.1%),与不饱和烃类、木质素和单宁类化合物的结构相似,DOM碘化过程以取代反应为主。
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