水中4-特辛基酚的光致降解研究

论文摘要

环境激素（Environmental Hormone）,也称为内分泌干扰物,是一类影响人体或动物体内分泌系统和生殖系统并引起异常效应,严重时产生致癌、致畸、致突变效应的外源性化学物质。4-特辛基酚（4-OP）是烷基酚类内分泌干扰物中雌激素效应最强的一类物质。由于其在工业中的广泛应用并通过空气扩散、降水、地表径流以及污水排放等途径进入水体中,已在国内外众多河流、湖泊中均有检出。4-OP在环境中稳定存在,难降解、易富集,故该类污染物的去除方法的研究显得尤为重要。本文研究了紫外光降解这种用于去除难降解有机污染物的高级氧化技术,探索了185nm和254nm两种紫外光源下,4-OP在不同体系中的降解情况。根据薄液层体系中的反应条件,设计、制作出螺旋管光反应器,进行实验室小试研究。以期为紫外光降解水中内分泌干扰物的应用提供依据,并为饮用水的深度净化提供理论和技术支持。研究结果表明：在薄液层反应体系中,185nm紫外光对薄液层中的4-OP具有较好的去除效果,光照45min的去除率可达95%以上,该过程完全符合表观一级反应动力学特征,其表观一级反应速率常数为8.82x10-2min-1；随着初始浓度的下降,4-OP的去除率显著提高,当初始浓度为2mg.L-1时,20min的降解率接近100%；4-OP的降解率随着光照距离的减小而增大,但辐照面积随光源距离减小而减少,光源距离的增加也可一定程度地提高4-OP的去除总量；当4-OP水溶液的液层厚度在4mm以内时,液层厚度越薄,4-OP的降解率越高,但去除总量越低。对4-OP经过185nm紫外光降解后的样品进行产物分析,得出结果：检测出6种匹配度较高的有机物,推测其为4-OP在185nm紫外光下的光降解中间产物,随着光照时间的延长,HPLC、GC-MS均不再检测到中间产物的存在；但通过样品的TOC检测,发现TOC含量并没有随着4-OP的减少而减少,而是平稳不变,这说明4-OP并没有被矿化,推测4-OP在185nm紫外光辐照下,降解成为小分子、低浓度的有机物。在螺旋管反应器中,4-OP的降解效率比薄液层体系中的降解效率大大提高,185nm紫外光下,光照6.5min降解率就高达96.78%；在254nm紫外光辐照下,40min时其降解率也达到了93.27%。为了达到4-OP矿化的目的,在螺旋管反应器内壁涂布二氧化钛膜,做为光催化剂。在二氧化钛膜的层数、浓度最佳的条件下,254nm紫外光照射下,4-OP在30min时的光催化降解率就超过了90%；随着初始浓度的降低,4-OP的光催化降解效率显著提高,且不同浓度下的光解反应均符合一级反应动力学特征。对4-OP经过254nm紫外光催化降解后的样品进行产物分析,得出结果：LC-MS检测得出光催化降解中间产物的分子量为222并推出中间产物的分子式,在更长时间的反应后,HPLC、GC-MS均不再检测到中间产物的存在；对4-OP水溶液经光催化降解后的样品进行TOC含量分析,光催化降解45min后的矿化率为28%。由此可以推测,4-OP最终将被完全矿化为无毒、无污染的无机小分子物质。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 4-特辛基酚的来源和危害
• 1.1.1 4-特辛基酚的来源
• 1.1.2 4-特辛基酚的危害
• 1.1.3 4-特辛基酚的国内外分布现状
• 1.2 4-特辛基酚降解技术的研究现状和发展趋势
• 1.2.1 研究现状
• 1.2.2 发展趋势
• 1.3 本研究的意义
• 1.4 本研究的主要内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 主要试剂
• 2.2 实验装置及仪器
• 2.2.1 实验装置
• 2.2.2 实验仪器
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 薄液层反应体系
• 2.3.2 螺旋管反应体系
• 2.4 分析方法
• 2.4.1 降解率的测定
• 2.4.2 总有机碳的（TOC）测定
• 2.4.3 产物分析
• 第三章 4-特辛基酚在薄液层体系中的光降解
• 3.1 实验结果与讨论
• 3.1.1 光源对4-OP光降解的影响
• 3.1.2 光照时间对4-OP光降解的影响
• 3.1.3 初始浓度对4-OP光降解的影响
• 3.1.4 液层厚度对4-OP光降解的影响
• 3.1.5 光照强度对4-OP光降解的影响
• 3.1.6 4-OP光降解的中间产物分析
• 3.1.7 4-OP在185nm紫外光下光降解机理探讨
• 3.2 本章小结
• 第四章 4-特辛基酚在螺旋管反应器中的光降解
• 4.1 实验结果与讨论
• 4.1.1 光源对4-OP直接光降解的影响
• 2溶胶浓度对4-OP光催化降解的影响'>4.1.2 TiO₂溶胶浓度对4-OP光催化降解的影响
• 2膜的层数对4-OP光催化降解的影响'>4.1.3 TiO₂膜的层数对4-OP光催化降解的影响
• 4.1.4 初始浓度对4-OP光催化降解的影响
• 4.1.5 4-OP光催化降解的中间产物分析
• 4.1.6 4-OP在254nm紫外光下光催化降解机理探讨
• 4.2 本章小结
• 第五章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 对后续研究的建议
• 参考文献
• 附录 攻读硕士学位期间研究成果汇总
• 致谢