硫醚类嗅味物质的预氧化去除及粉末活性炭吸附效果和机制研究

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硫醚类嗅味物质引起的沼泽/腐烂味是饮用水中最常遇到的气味问题之一。然而,尽管硫醚类嗅味物质带来的感官刺激强烈,但与广泛被研究的霉味/土味嗅味物质相比,很少有专门针对硫醚类嗅味物质的研究。本研究综合地评价了硫醚类嗅味物质的氧化、吸附去除,识别了氧化、吸附工艺下影响硫醚类嗅味物质去除的关键因素,评价了预氧化后水中NOM对PAC吸附硫醚类嗅味物质的影响,识别了其过程中的吸附机理和影响因素。选择二甲基二硫醚(Dimethyl disulfide,DMDS)、二乙基二硫醚(Diethyl disulfide,DEDS)、丙基硫醚(Dipropyl sulfide,DPS)、戊基硫醚(Diamtyl sulfide,DAS)作为目标硫醚类嗅味物质。首先,在纯水中评价了KMnO4、NaClO、ClO2氧化DMDS、DEDS、DPS、DAS的二级动力学、去除效果、氧化转化机理和产物,氧化工艺对四种硫醚的去除效果显著,四种硫醚的氧化二级动力学常数遵循从小到大DMDS<DEDS<DPS<DAS的顺序。单S结构的DPS、DAS和S-S结构的DMDS、DEDS氧化转化机理和产物不同,DPS、DAS容易转化为砜类副产物,DMDS、DEDS对二硫硫醚类副产物的生成具有贡献。接着,在纯水中评价了H2O2、O3对DMDS、DEDS、DPS、DAS的氧化去除率。在原水中评价了KMnO4、NaClO、ClO2、H2O2、O3对四种硫醚的去除效果,NOM影响了四种硫醚的氧化去除,NaClO在原水中对四种硫醚的去除率为100%,NaClO是去除四种硫醚具有潜力的氧化方式。结合密度泛函理论(Density functional theory,DFT)计算识别了中心硫原子特性是控制硫醚类嗅味物质氧化活性、氧化转化途径和机理的决定性因素。其次,评价了粉末活性炭(Powered activated carbon,PAC)对DMDS、DEDS、DPS、DAS的吸附去除率、吸附等温线、吸附动力学。四种硫醚的吸附效果遵循DMDS<DEDS<DPS<DAS的顺序,吸附过程符合Freundlich等温线模型。DMDS、DEDS、DPS、DAS的理论吸附容量分别为0.05、1.56、1.73、4.99 mg·g-1。均相表面扩散模型(Homogeneous surface diffusion model,HSDM)适用于描述四种硫醚的动力学过程,确定了四种硫醚的Ds值。利用理论计算确定了硫醚类嗅味物质在PAC表面的吸附行为,四种硫醚通过氢键S…H-C氢键在PAC表面多层吸附,在含有-OH、-COOH官能团表面的吸附具有氢键贡献的诱导能,在-CHO及无官能团的PAC表面主要通过静电力和色散力进行吸附。最后,评价了预氧化前后不同特征NOM对PAC吸附DMDS、DEDS、DPS、DAS的影响,预氧化前NOM对PAC吸附四种硫醚具有抑制作用,预氧化后NOM对PAC吸附四种硫醚具有促进作用。利用理论计算明确了NOM对四种硫醚具有携带作用,大分子NOM通过携带作用抑制PAC对四种硫醚的吸附去除,小分子NOM通过携带作用促进PAC对四种硫醚的吸附去除。
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