零价锌还原降解水中N-亚硝基二甲胺的效能与机理研究

论文摘要

亚硝基二甲胺（NDMA）具有潜在强致癌性,美国环保署确定其单位致癌风险对应的浓度为0.7ng·L-1。加拿大的许多水井中都被发现存在有不同浓度的NDMA,经氯或氯胺消毒后的水体中也可检测到NDMA,其作为一种新型的消毒副产物逐渐引起国内外水处理行业的广泛重视。传统的去除方法不能有效地去除NDMA,紫外光解对NDMA的去除效果好,但此种方法能耗高、处理费用高,难以进行实际应用。零价金属还原技术,原料来源广泛且操作简便,是水处理中去除污染物研究的新方向,研究零价金属还原对NDMA的去除与控制技术,具有重要的理论意义和实际应用价值。本文采用零价锌还原降解水中NDMA,考察各种因素对于零价锌还原降解NDMA的影响,分析确定其降解产物,并由此推测出零价锌还原降解NDMA的机理,从而为进一步的研究和工程应用,提供数据支持。首先考察了零价锌还原降解NDMA的影响因素。结果表明,零价锌可以有效地还原降解水中痕量NDMA。在锌粉投量10g·L-1,反应温度20℃,溶液初始pH=7.0,反应搅拌转速为200r·min-1时,反应进行14h,NDMA的去除率可达99%以上;水中溶解氧和NDMA初始浓度对于去除率的影响不大;pH值和反应温度对于零价锌还原降解NDMA的影响显著,pH值越小,温度越高,反应进行得越快;水体中常见阴阳离子和腐殖酸对零价锌还原降解NDMA有一定的抑制作用。中性条件下,零价锌还原降解NDMA的过程分为慢速启动期和快速上升期。各种反应条件下,当NDMA降解率高时,锌离子溶出量一般大于1mg·L-1。在对溶液不同初始溶解氧浓度、pH值、反应温度和常见阴阳离子对于NDMA去除影响的考察中发现,反应过程中pH值的变化、锌离子的溶出量、NDMA的降解率三者之间具有一定的相关性。对于零价锌还原降解NDMA的产物进行了测定和分析,产物主要为偏二甲肼（UDMH）、二甲胺（DMA）和氨氮（NH4+）。不同溶液初始pH条件下,UDMH、DMA和NH4+的生成规律有所不同。锌离子对于NDMA的检测和降解影响不明显。零价锌还原NDMA的历程为:由NDMA还原为UDMH之后再还原为DMA和NH4+,推测其还原途径为催化加氢和氢原子直接还原。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 我国淡水水源污染现状及消毒副产物
• 1.2 NDMA的研究现状分析
• 1.2.1 NDMA的物化特性和毒性
• 1.2.2 NDMA在水体中的存在
• 1.2.3 NDMA的生成机理
• 1.2.4 NDMA的去除方法
• 1.3 零价锌还原技术的研究现状
• 1.4 课题来源与主要研究内容
• 1.4.1 课题来源
• 1.4.2 课题主要研究内容
• 第2章 实验条件与分析方法
• 2.1 试验所用试剂与设备
• 2.1.1 仪器与设备
• 2.1.2 试剂
• 2.1.3 实验反应过程
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 溶液的配置
• 2.2.2 仪器的洗涤
• 2.3 测定方法
• 2.3.1 NDMA浓度的测定
• 2.3.2 DMA浓度的测定
• 2.3.3 UDMH浓度的测定
• 4⁺浓度的测定'>2.3.4 NH₄⁺浓度的测定
• 2.3.5 锌粉比表面积、孔容和孔径的测定
• 2.3.6 锌离子溶出的测定
• 2.3.7 pH值的测定
• 第3章 零价锌还原NDMA的效能研究
• 3.1 锌粉投量的影响
• 3.2 NDMA初始浓度的影响
• 3.3 溶解氧的影响
• 3.4 溶液初始pH的影响
• 3.5 反应温度的影响
• 3.6 水体中常见阴阳离子的影响
• 3.7 天然有机物的影响
• 3.8 反应过程中锌离子的溶出
• 3.9 本章小结
• 第4章 零价锌还原NDMA的产物分析及机理探讨
• 4.1 零价锌还原降解NDMA的产物分析
• 4.2 溶液初始pH值对于产物的影响
• 4.2.1 不同pH值条件下UDMH的生成
• 4.2.2 不同pH值条件下DMA的生成
• 4⁺的生成'>4.2.3 不同pH值条件下NH₄⁺的生成
• 4.3 反应过程中pH值的变化
• 4.4 锌离子的影响
• 4.5 零价锌还原NDMA的机理推测
• 4.5.1 慢速启动期和快速上升期的解释
• 4.5.2 可能的反应途径
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文及其他成果
• 致谢