对羟基苯甲酸酯类污染物氯消毒副产物太阳光直接降解机制研究

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对羟基苯甲酸酯类物质广泛使用于食品、医药和个人护理品等行业中。城镇污水厂排放是这类物质进入自然水体的主要途径。现有的水处理技术不仅不能彻底降解对羟基苯甲酸酯类污染物,还会产生生物毒性比母体更强的氯消毒物副产物。通过研究对羟基苯甲酸酯类物质氯消毒过程发现,氯消毒副产物的紫外-可见光吸收光谱发生显著红移,与地面太阳光光谱发生重合,因此直接光降解是其在天然水体中消减的一条重要途径。但是,迄今为止仍然没有报导研究对羟基苯甲酸酯类污染物氯消毒副产物在天然水体中的光化学行为。本文选取对羟基苯甲酸酯类污染物为研究对象,采用氯消毒中常用的次氯酸钠作为氧化剂,考察了初始浓度、次氯酸钠投加量、p H值等因素对目标物去除的影响,分析了对羟基苯甲酸酯类污染物氯消毒的反应路径和主要的降解产物。通过探讨羟基苯甲酸酯类污染物氯消毒副产物在模拟太阳光作用下的光解动力学和降解机制,预测了这类物质在自然环境中的归趋。对羟基苯甲酸酯类污染物与次氯酸钠的反应表明:(1)对羟基苯甲酸酯类污染物与次氯酸钠反应符合一级动力学方程。(2)次氯酸钠投加量增加有利于去除溶液中的对羟基苯甲酸酯类污染物,次氯酸钠的最佳投加量为0.42 m M。(3)对羟基苯甲酸酯类污染物去除效果随初始浓度增加降低。底物浓度为20μM时,去除率最高。(4)对羟基苯甲酸酯类污染物在不同p H条件下的氯消毒速率遵循p H=8.0>p H=10.0>p H=4.0>p H=6.0。(5)对羟基苯甲酸酯类污染物在氯消毒过程中几乎不发生矿化反应。(6)通过LC-MS图谱推测,对羟基苯甲酸甲酯氯消毒产物主要是3,5-二氯-对羟基苯甲酸甲酯和3-氯-对羟基苯甲酸甲酯。反应过程中,3-氯-对羟基苯甲酸甲酯的浓度先增大后减小,3,5-二氯-对羟基苯甲酸甲酯不断增加。对羟基苯甲酸酯类污染物氯消毒副产物的光降解反应表明:(1)对羟基苯甲酸酯类污染物与次氯酸钠的反应过程中,紫外-可见光吸收光谱不断红移,吸光度增强。接触30 min时,其最大吸收峰对应波长λ=300 nm。(2)对比试验表明对羟基苯甲酸酯类污染物氯消毒副产物没有光照时不降解;光照时发生光化学降解,且反应符合一级动力学方程。对羟基苯甲酸甲酯,对羟基苯甲酸乙酯,对羟基苯甲酸丙酯和对羟基苯甲酸丁酯氯消毒副产物光降接速率常数分别为0.0104 min-1,0.0102 min-1,0.0083 min-1和0.0076 min-1。(3)降解效果随对羟基苯甲酸酯类污染物氯消毒副产物初始浓度的增加而降低。(4)对羟基苯甲酸酯类污染物氯消毒副产物在不同p H条件下的光降解速率遵循p H=8.0≈p H=10.0>p H=6.0>p H=4.0。(5)对羟基苯甲酸酯类污染物氯消毒副产物在模拟太阳光降解下降解的原因是三线态(3Cl2Paraben(9))的分解,同时伴随少量单线态氧(1O2)产生。(6)主要生成了4种光解产物,光致脱氯和光致氧化是主要的降解途径。
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