天冬氨酸氯化生成消毒副产物二溴乙腈的机制和控制方法

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饮用水中消毒副产物(DBPs)具有致癌、致畸、致突变的特性,严重影响了人类的身体健康,对饮用水中消毒副产物的研究具有现实意义。本试验以甲基叔丁基醚为萃取剂、1,2-二溴丙烷为内标物,采用液液微萃取(LLE)-气相色谱仪(GC),建立了二溴乙腈(DBAN)的检测方法,探讨了天冬氨酸氯化生成消毒副产物DBAN的形成机制,并开展了Fe/Cu催化还原法和粉末活性炭(PAC)吸附法去除消毒副产物DBAN的影响因素、降解机理和动力学规律的研究。试验中DBAN的加标回收率在99.8%~105.7%之间,相对标准偏差(RSD)在1.09%~2.43%之间,最小检测限(MDL)小于1μg/L。研究表明:DBAN在酸性条件下(p H=4~6)DBAN生成量较少,随着p H进一步增大,生成量逐渐增大随后趋于平衡。当p H>9时,由于DBAN的水解导致生成量下降。温度对生成的影响不大,主要是随着温度升高,分子能增加和DBAN水解加快共同作用的结果。DBAN的生成浓度随着溴离子浓度增加而增加。天冬氨酸在水中氯化过程包括取代、脱羧、氧化等一系列反应,共经过8个步骤最终形成DBAN。PAC吸附DBAN的过程分为三个阶段,即快速阶段、慢速阶段和动态平衡阶段。快速阶段主要是因为PAC表面的活性点位大量存在和DBAN的浓度高,吸附传质动力大,从而在这一阶段DBAN的去除率增长速度较快。慢速阶段主要是因为PAC表面的活性点位减少、DBAN浓度相对较低,PAC吸附效率下降。在动态平衡阶段,PAC已经吸附饱和。在试验条件下,随着PAC的投加量增加时,吸附效果随着增加。对于初始浓度为50μg/L的DBAN溶液,当PAC的投加量为0.6g/L时,DBAN的去除率达到86.48%。当PAC的投加量增加到0.6g/L以后,随着投加量的增加去除率增加不明显。随着温度和提高,吸附效果有所上升;随着p H的增加,PAC的吸附效果下降。随着DBAN的初始浓度增加,DBAN去除率逐渐减小,但吸附量却越来越大。PAC对DBAN的吸附与Freundlich吸附等温线方程吻合较好,PAC吸附DBAN的反应过程符合准二级吸附动力学规律。单质铁去除DBAN效果一般,Fe/Cu混合物对DBAN效果有较大提升。随着Fe/Cu的投加量增大,去除效率也随着增大。当Fe/Cu投加量从2g/L增加到10g/L时,去除率由56.26%增加到90.34%。这主要是投加量的增加,增大了水中零价铁和铜的含量,从而增大了DBAN与铁铜的接触面积和接触量,导致去除率增加。随着温度的升高,DBAN的去除率也有明显的升高。DBAN去除率随着DBAN初始浓度增加而上升。当DBAN的初始浓度从10μg/L增加到50μg/L,DBAN的去除率由82.4%增加到89.28%。当DBAN的初始浓度由50μg/L增加到100μg/L时,去除率增加不明显。Fe/Cu与DBAN反应符合一级动力学方程。
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