基于过氧乙酸高级氧化技术对水中三氯生的降解研究

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近年来,全世界有成千上万吨的抗菌剂添加于个人消费品和兽医药物中,若长期接触此类化合物,会对人体和动物产生潜在危害。其中,三氯生(TCS)在水体中的长期停留不仅会破坏水体流域生态,还会对水生生物产生慢性毒理效应,对人类健康和生态系统造成危害影响。因此,本论文选取药物TCS为研究对象,探讨了UV/过氧乙酸(PAA)体系、Fe2+/过氧乙酸(PAA)体系和UV/Fe2+/过氧乙酸(PAA)体系三种处理技术对水体中TCS的降解。主要研究结果如下:(1)TCS在UV/PAA体系中的降解遵循准一级反应动力学,虽然紫外辐射也能降解TCS,但体系中生成的羟基自由基对TCS去除的贡献更大。TCS降解效率与PAA用量呈正相关,但过量的PAA也能成为HO·的淬灭剂。TCS与HO·的反应性受pH值影响,TCS降解的表观速率常数从pH 3.5时的0.0628 min-1增加到pH 11.0时的0.1049min-1。NO3-的存在可以促进TCS降解。Fe3+和NOM对TCS的去除有抑制作用,且浓度越大抑制作用越强。HCO3-、Cl-、SO42-和Cu2+对TCS降解基本无影响。UV/PAA降解TCS共生成5种反应产物,其可能的降解机理主要包括5种反应途径:醚键断裂、环化反应、脱氯反应、羟基化和脱氢反应。(2)TCS在Fe2+/PAA体系中的降解遵循准一级反应动力学,向体系中引入HO·淬灭剂后,TCS的降解效率大大降低,这表明HO·是体系中主要存在的自由基,其对TCS降解起主要作用。PAA浓度越大,TCS降解效率越高,但过量的PAA也能消耗羟基自由基。TCS的降解效率与Fe2+的存在形式有关,Fe2+在较高pH值下会形成羟基配合物,导致TCS降解效率的下降,相比之下酸性条件更利于TCS的去除。Cu2+的存在促进了TCS降解,而HCO3-、Cl-、SO42-、NO3-和Fe3+的存在对TCS降解几乎没有影响;由于能够捕捉HO·,HA抑制了TCS的去除。(3)TCS在UV/Fe2+/PAA体系中的降解遵循准一级反应动力学,体系中羟基自由基淬灭剂的加入证明了HO·降解TCS的可行性。TCS的降解效率随PAA用量的增加而增大,但PAA过量时会与TCS竞争羟基自由基。TCS降解效率受pH值影响很大,反反应20 min时,当pH≤7时,TCS的降解效率由pH3.5时的99.0%下降至pH7.0时的91.9%;当pH>7时,TCS的降解率从pH8.5时的80.5%升高至pH11.0时的86.6%。由于受紫外辐射激发产生HO·的作用,NO3-和Fe3+的存在可以促进TCS的去除;SO42-、Cl-、HCO3-和Cu2+对TCS降解基本无影响。HA对TCS降解有明显的抑制作用。(4)分析对比了UV/PAA、Fe2+/PAA、UV/Fe2+/PAA三种体系去除TCS的功效。发现体系中加入Fe2+能使TCS的降解效率显著提高,5 min内可基本降解完全。然而在Fe2+/PAA工艺再引入UV光,则只能起锦上添花的作用,降解效率提高幅度不大。故建议优先选用Fe2+/PAA体系降解实际水体中的TCS,该工艺反应条件简单,经济高效、无需外加能源,并且铁廉价易得、对环境友好。
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