铁离子活化亚硫酸氢根降解水中溴氰菊酯效能及机理研究

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溴氰菊酯是一种典型的拟除虫菊酯农药,为世界范围内的农业发展做出了巨大贡献。但是随着溴氰菊酯在农业生产中的广泛使用,其在环境中的积累日益显著,对人类、自然界以及生态环境造成一定危害。溴氰菊酯常规处理手段为光降解、生物降解等,但是这些手段存在降解效率较差、降解周期较长等缺点。硫自氧化体系作为一种新型的高级氧化技术,兼具效果较好、成本低廉等优势。本文以溴氰菊酯作为拟除虫菊酯类农药的代表污染物,通过铁离子活化亚硫氢酸根[Fe(Ⅲ)/HSO3-]的典型硫自氧化体系对其降解,研究其降解效果和影响因素,揭示该体系降解溴氰菊酯的机理,探究该体系在实际水体中的应用效果,并进行工程适用性评价及成本分析。Fe(Ⅲ)/HSO3-体系能够有效降解溴氰菊酯,并且当底物浓度为30μg/L时,通过成本及工程适用性分析,本研究得出该体系在降解过程中的最佳反应条件为初始pH=4,Fe(Ⅲ)投加量为100μM,HSO3-投加量为1 mM,此条件下溴氰菊酯的降解率约为69.5%。随着底物浓度升高,溴氰菊酯降解效果逐渐降低,但降解量有所升高;当Fe(Ⅲ)浓度从60μM~100μM增加时,溴氰菊酯的降解率升高,继续增加浓度降解效果下降;HSO3-的浓度在0.25mM~1.5mM增加时,溴氰菊酯降解率也随之升高,继续增加浓度则会使其降解受到抑制,效果下降;在pH从3~7范围内增加时,溴氰菊酯的降解率逐渐下降;反应过程中溶解氧是一个必要因素,溴氰菊酯在无氧条件下的降解率最高可下降22%;光照能够促进反应体系对溴氰菊酯的降解;碳酸氢根以及天然有机物均能够抑制该体系对溴氰菊酯的降解。通过猝灭实验,本次研究验证了该反应体系中存在HO·以及SO4·-,且HO·起主要作用;EPR实验为反应过程中HO·的存在提供了直接证据;密度泛函理论计算得出了溴氰菊酯分子中C16与O21间易发生断键反应,并通过GC-MS测得了该处断键所生成的产物,从而印证该降解路径。通过对武汉市某污水厂二沉池出水以及武汉市某自来水厂供水进行溴氰菊酯加标实验,本次研究发现溴氰菊酯在污水厂二沉池出水以及城市供水管网末端供水中的降解率分别46.3%、62.0%,两种实际水样中的降解效果均出现一定的下降;由于HSO3-可将活性溴中间产物还原为溴离子,因此在溴离子存在时,Fe(Ⅲ)/HSO3-体系内几乎无溴酸盐生成。本研究为处理水体中溴氰菊酯的去除提供了一种新的技术手段,能够有效去除水体中的溴氰菊酯,保证污水厂出水以及城市供水安全,具有一定的工程实用性。
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