高强紫外/亚硫酸盐体系降解二甲双胍、碘帕醇和泛影酸钠的研究

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二甲双胍(Metformin,MET)、碘帕醇(Iopamidol,IPM)和泛影酸钠(Diatrizoate,DTZ)作为水中PPCPs(Pharmaceutical and Personal Care Products,药物及个人护理品)的典型物质,近年来受到了环境领域越来越多的关注。它们化学结构稳定且污水厂现有处理技术难以将其去除,导致它们在各类水环境中大量存在,对自然环境和人体健康产生了威胁。因此,亟待建立安全高效的降解技术对它们进行深入的处理研究。本文以二甲双胍、碘帕醇及泛影酸钠为目标污染物,构建高强紫外/亚硫酸盐高级还原体系,利用亚硫酸盐被紫外光活化产生的强还原剂水合电子(e-aq)对目标污染物进行降解,考察了初始p H、目标污染物初始浓度、亚硫酸盐投加量、光照强度、共存物质浓度等影响因素对目标污染物降解效率的影响,此外还考察了各影响因素对二甲双胍脱氮和碘帕醇、泛影酸钠脱碘效果的影响。采用自由基抑制试验对反应体系中自由基的情况进行了考察,最后测定了每个目标污染物的降解产物,分析推断了目标污染物的降解路径,得到以下结论:(1)紫外/亚硫酸盐共同作用可以有效降解二甲双胍并使其脱氮,而单独紫外照射与单独投加亚硫酸盐对二甲双胍均无降解作用。在p H=9,二甲双胍浓度为15mg/L,亚硫酸盐浓度为10mmol/L,光强为100%的条件下反应三十分钟后二甲双胍的降解率高达96.54%。过高和过低的p H值都不利于二甲双胍的降解,在其他条件一定时,二甲双胍的最佳降解p H为8。适量升高亚硫酸盐的浓度可以提高二甲双胍的降解效果。二甲双胍的降解率随着光照的增强而升高。此外,腐殖酸对二甲双胍的降解显示出较强的抑制作用,而投加微量的HCO3-可以促进反应的进行,但随着HCO3-浓度逐渐升高,促进作用逐渐减弱。自由基抑制实验中,添加硝酸钾(Potassium nitrate,KNO3)的抑制作用最好,亚硝酸钠(Sodium nitrite,Na NO?)其次。而添加甲醇(Methanol,Me OH)与叔丁醇(Tertbutylalcohol,TBA)对降解几乎毫无影响。因此可以推断,在本体系中e-aq是导致二甲双胍降解的主要自由基。最后通过测定得到了三种二甲双胍的降解产物,降解方式均为e-aq的攻击导致的C-N键断裂。(2)紫外/亚硫酸盐共同作用与单独紫外照射均能够有效降解碘帕醇并使其脱碘,而单独投加亚硫酸盐对碘帕醇无降解作用。但单独紫外照射效果较差,且无法产生能加快碘帕醇脱碘效能的e-aq。在p H=9,碘帕醇浓度为50μmol/L,亚硫酸盐浓度为500μmol/L,光强为100%的条件下反应五分钟后碘帕醇的降解率高达100%。随着p H从6升高到10,碘帕醇的降解率和脱碘率也随之升高,但p H=9与p H=10时的效果差别不大。适量的提高亚硫酸盐的浓度可以提高碘帕醇的降解效果和脱碘率。与此同时,碘帕醇的降解率和脱碘率随着光照强度的降低而降低。水中的共存物质如腐殖酸、HCO3-等均对反应显示出一定的抑制作用。自由基抑制试验可以推断出除了紫外直接光解外,e-aq是导致碘帕醇降解的主要自由基。最后通过测定,得到了8种碘帕醇的降解产物,降解方式包括e-aq的攻击与直接光解导致的脱碘取代和羟基化。(3)紫外/亚硫酸盐共同作用与单独紫外照射均能够有效降解泛影酸钠并使其脱碘,而单独投加亚硫酸盐对泛影酸钠无降解作用。但单独紫外照射降解较慢,且无法产生e-aq来加快泛影酸钠的脱碘效率。在p H=9,泛影酸钠浓度为40μmol/L,亚硫酸盐浓度为500μmol/L,光强为100%的条件下反应150秒后泛影酸钠的降解率高达99.18%。泛影酸钠的降解率在p H6-10的范围内随p H的升高而升高。适量的提高亚硫酸盐的浓度可以提高泛影酸钠的降解效果。此外,泛影酸钠的降解率和脱碘率随着光照强度的降低而降低。水中的共存物质如腐殖酸、HCO3-对泛影酸钠的降解和脱碘均显示出一定的抑制作用。自由基抑制试验表明,除了紫外光解外,泛影酸钠的降解是由e-aq起主要作用的。最后通过测定,得到了四种泛影酸钠的降解产物,降解方式包括e-aq的攻击与直接光解导致的脱碘取代和生成杂环等反应。
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