超声技术处理水中阿特拉津与2,4-D的研究

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以典型除草剂阿特拉津、2,4-二氯苯氧乙酸(简称2,4-D)模拟水溶液为处理对象,系统研究了超声降解的处理效果、影响因素、协同效应以及降解动力学,并在此基础上,利用多种手段探讨了超声降解这两种污染物质的反应历程。将超声与Fenton技术结合,深入分析了该体系的影响因素,确定最佳反应条件。本文的研究内容主要包括以下几个方面:(1)通过改变初始溶液pH值、体积,目标物浓度,超声反应时间,水质、曝气以及超声参数等,研究超声体系下各种因素对阿特拉津以及2,4-D降解率的影响。研究表明:频率为400kHz, P=40W,pH=4.41时,500mL阿特拉津120min后浓度由10mg/L降至1.79mg/L;频率为200kHz, P=90W, pH=4.41时,500mL 2,4-二氯苯氧乙酸120min后浓度由10mg/L降至0.26mg/L;阿特拉津与2,4-D两种物质初始溶液pH≤3.00时,有利于其超声降解;当pH≥4.00时,降解率随pH值增加的变化基本很小;溶液目标物质初始浓度、体积、反应时间影响量较大:2,4-D的超声降解受其初始浓度的影响相对阿特拉津较大,当溶液目标物浓度由1mg/L增至100mg/L时,降解率下降了大约50%;当体积由100mL增至500mL时,两种物质的超声降解率皆下降了约35%左右;超声降解反应均遵循拟一级反应动力学;曝气不利于超声降解阿特拉津与2,4-D;阿特拉津较2,4-D更依赖于羟基自由基的氧化作用;阿特拉津降解的最佳超声频率为200kHz; 2,4-D降解的最佳超声频率为800kHz;两者最佳降解功率皆为90W;在20min之内,多频超声的协同作用比较明显。但是,随着时间延长,该作用逐渐减弱;改变水质,各种钠盐的加入对超声降解阿特拉津、2,4-D的影响基本很小,这说明超声体系对各种水质的适应性是比较强的;自由基清除剂叔丁醇对超声降解阿特拉津与2,4-D都有明显的抑制作用,当加入500mg/L叔丁醇后,阿特拉津与2,4-D的超声降解率皆下降了50%左右,因此,超声降解阿特拉津与2,4-D皆以自由基氧化为主。(2)通过COD、TOC、离子色谱、GC-MS等各种分析技术,研究超声降解阿特拉津与2,4-D的机理。研究表明:超声处理反应中发生了脱氨基、脱氯的反应。通过离子色谱分析,120min后阿特拉津溶液中产生了0.141mM的NO3-;2,4-D溶液中检测到0.064mM的Cl-,阿特拉津溶液中有0.012mM的Cl-。阿特拉津在超声作用下转化生成了脱乙基阿特拉津与脱异丙基阿特拉津;2,4-D转化生成了2,4-二氯苯酚与对苯酚;阿特拉津与2,4-D的矿化率都很低;(3)分析超声强化技术的处理效果,特别是与Fenton技术结合的效果。研究表明:金属氧化物的加入对超声降解有负面效应,其中ZnO尤其显著。超声/CuO组合技术并没有得到预期的优化效果,这可能是因为该多相催化体系对于低浓度、较复杂、难降解的有机农药类物质并不适用的关系;在超声体系下加入双氧水的最佳浓度值为166.5mg/L左右。当双氧水浓度高于166.5mg/L时,两种目标物的超声降解率随加入双氧水的浓度升高而降低;Fe2+/超声体系降解阿特拉津作用符合一级动力学;阿特拉津与2,4-D的最佳频率皆为200kHz,最佳功率为90W,Fe2+的最佳投加量出现在0.01-0.03g之间。
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