光催化体系中噻虫胺降解动力学及机制

利用光催化技术探讨了烟碱类杀虫剂噻虫胺在水体环境中降解的可行性,不同催化剂浓度、反应温度、底物浓度、溶液初始p H值和不同阴阳离子等因素对其光催化降解动力学的影响,及其初步的光催化降解机制.结果表明噻虫胺的光催化降解符合L-H动力模型,其降解假一级动力学速率常数为0.050 6 min-1.当催化剂用量(TiO_2)为3.0 g·L~(-1)时,噻虫胺的光催化降解速率最大;高温和较低的底物浓度有利于噻虫胺的光催化降解;溶液的初始p H值为5时噻虫胺的降解速率最大,强酸和强碱均不利于其光催化降解.而无机阴、阳离子对噻虫胺降解均有明显的抑制作用.最后,通过GC/MS对噻虫胺光催化降解中间产物进行了初步鉴定,研究发现在活性氧物种的作用下噻虫胺降解途径主要有母体化合物的羟基化,硝基胍基团中N—N的断裂,以及连接硝基胍和噻唑环的C—N键的裂解等.     

TiO2光催化降解水中内分泌干扰物17β-雌二醇

以低压汞灯为光源,采用间歇式光氧化反应器,研究了17β-雌二醇(E2)在纳米TiO2(Degussa P-25)悬浆体系中的光催化降解.考察了溶液pH、E2初始浓度、TiO2光催化剂投加量、UV光强、H2O2、O2对E2光催化降解的影响.结果表明,TiO2光催化工艺可以有效地去除水中的E2,E2的光降解过程符合一级反应动力学模型;TiO2投加量为200 mg/L时,在14 W低压汞灯照射下,初始浓度为400 μg/L的E2在自来水中的光降解一级反应速率常数为0.018 min-1,E2的光催化降解速率常数与其初始浓度、TiO2光催化剂的用量、溶液的pH值、UV光强等因素有关;外加H2O2、O2可以影响催化剂的光降解效率.     

负载型纳米TiO2光催化降解水中微量三氯乙烯

利用负载型纳米TiO_2作为光催化剂,对水中微量三氯乙烯进行紫外光催化降解处理。研究表明,三氯乙烯光催化降解过程符合表现一级反应动力学规律。不同的三氯乙烯初始浓度、光照强度和催化剂用量,对三氯乙烯的光催化降解具有不同的效果。在一定初始浓度范围内,随着初始浓度的增大,三氯乙烯光催化降解的反应速率常数逐渐减小;光强与反应速率常数呈正比例相关,显示出有一个最佳值;催化剂的用量与反应速率常数并非呈直线相关。此外,还讨论了三氯乙烯光催化降解的机理。     

UV/H2O2氧化降解克拉霉素的反应动力学及影响因素

克拉霉素用量大、检出频率高、生态风险大,已被欧盟列为优先监测污染物.针对传统污水处理厂难以完全去除克拉霉素的问题,主要研究了UV/H_2O_2降解克拉霉素的效果和反应动力学,探讨了pH、天然有机质(NOM)和水中共存阴、阳离子对UV/H_2O_2降解克拉霉素的影响.结果表明:单一UV对克拉霉素的光降解符合准一级反应动力学模型,其反应速率常数为0.0016 min~(-1).UV/H_2O_2对克拉霉素的降解符合准一级反应动力学模型,且克拉霉素的降解速率随H_2O_2浓度的增大而增大,在H_2O_2浓度为40 mmol·L~(-1)时,克拉霉素降解的反应速率常数为0.0284min~(-1).克拉霉素与·OH的二级反应速率常数为(2.36±0.20)×10~(10)L·mol~(-1)·s~(-1).碱性条件有利于克拉霉素的降解;NOM(2~10 mg·L~(-1))会抑制克拉霉素的降解,且随NOM浓度增大而增大;共存阴离子CO_3~(2-)对克拉霉素降解无影响,HCO_3~-、NO_3~-、Cl~-会抑制克拉霉素的降解,抑制程度的大小顺序为NO_3~-HCO_3~-Cl~-;共存阳离子Ca~(2+)、Mg2+、Cu~(2+)、Fe~(3+)会抑制克拉霉素的降解,抑制程度的大小顺序为Fe~(3+)Cu~(2+)Mg2+Ca~(2+).     

UV/SPS降解水中三氯生的效能及动力学

采用短波紫外光激活过硫酸钠(UV/SPS)对水中三氯生(TCS)的去除进行了研究,考察了紫外光波长、紫外光强、过硫酸钠(SPS)投加量、pH值和腐殖酸(HA)等因素对TCS去除的影响,计算了自由基(·OH、SO_4~(·-))与TCS的二级反应速率常数及其对TCS去除的贡献值,鉴定了反应中主导自由基,对比了UV254/SPS和UV254/H_2O_2对天然水体中TCS的去除效果,GC/MS分析了TCS降解的中间产物及可能的降解路径.结果表明UV/SPS能有效去除TCS,紫外光波长为254nm,光强为11.5μW·cm-2,SPS浓度为1 mmol·L~(-1)时,100s后初始浓度为275μg·L~(-1)的TCS去除率可达98.15%,TCS降解过程符合拟一级反应动力学方程,其动力学常数K=0.039 2 s~(-1).实验范围内TCS去除的速率常数随紫外光强(I)和SPS投加量的增加而增大,波长对TCS去除影响不显著,中性条件不利于TCS降解,HA对TCS去除具有抑制作用.·OH和SO_4~(·-)与TCS反应速率常数分别为7.62×109L·mol~(-1)·s~(-1)、9.86×109L·mol~(-1)·s~(-1),UV254/SPS中主导自由基为SO_4~(·-),其对TCS去除贡献率为97.63%.UV254/SPS工艺更能有效地去除TCS,其拟一级动力学常数K值是UV254/H_2O_2工艺的4.13倍.TCS降解过程中主要生成了2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)、苯酚等中间产物.     

TiO2光催化降解水中内分泌干扰物17β-雌二醇

以低压汞灯为光源,采用间歇式光氧化反应器,研究了17β-雌二醇(E2)在纳米TiO₂(Degussa P-25)悬浆体系中的光催化降解.考察了溶液pH、E2初始浓度、TiO₂光催化剂投加量、UV光强、H₂O₂、O₂对E2光催化降解的影响.结果表明,TiO₂光催化工艺可以有效地去除水中的E2,E2的光降解过程符合一级反应动力学模型;TiO₂投加量为200　mg/L时,在14 W低压汞灯照射下,初始浓度为400 μg/L 的E2在自来水中的光降解一级反应速率常数为0.018 min^-1,E2的光催化降解速率常数与其初始浓度、TiO₂光催化剂的用量、溶液的pH值、UV光强等因素有关;外加H₂O₂、O₂可以影响催化剂的光降解效率.     

紫外-高级氧化联合处理采气污水中残留甲醇研究

为了提高污水中残留甲醇的降解率,采用UV/TiO_2/H_2O_2、UV/Fenton、UV/H_2O_2/草酸铁等高级氧化法对甲醇降解进行试验研究,探讨了各处理体系对甲醇降解率的影响。结果表明,当甲醇初始浓度大约为1 000 mg/L时,单独UV对甲醇的降解率低于10%;以产生大量·OH为主的UV-AOPs方法使甲醇的降解率显著提高,其中UV/H_2O_2/草酸铁效果最好,甲醇降解率可达95.8%,UV/TiO_2/H_2O_2和UV/Fenton处理甲醇的降解率分别为84.8%、94%。当UV-高级氧化处理时间超过1 h时,超过90%甲醇可氧化为CO_2。     

UV/H2O2降解水中对乙酰氨基酚的动力学及反应途径

利用UV/H_2O_2间歇式光氧化反应器,考察该工艺降解水溶液中对乙酰氨基酚反应动力学和影响因素.结果表明,UV/H_2O_2可有效降解水溶液中的对乙酰氨基酚,降解过程符合拟一级反应动力学模型(R~2=0.990).通过考察影响反应的因素,如H_2O_2投量、紫外功率、pH值、共存阴离子(HCO_3~-、NO_3~-)浓度,研究结果表明,对乙酰氨基酚的反应速率常数随H_2O_2投量增大而增高,随着UV功率增强而增大;共存阴离子浓度的增加在一定程度上会降低反应速率常数;中性条件是降解体系的最适宜环境,此时的反应速率常数达到最大值.通过气象色谱/质谱(GC/MS)对中间产物的分析推测对乙酰氨基酚降解过程中首先形成了苯酚类物质进而被氧化生成易降解的物质.UV/H_2O_2对对乙酰氨基酚的矿化效果非常显著,在pH 7.0,紫外功率15 W,对乙酰氨基酚浓度42.0 mg·L~(-1),H_2O_2投加量为250.0 mg·L~(-1)时,总有机碳(TOC)去除率达到39%.     

啶虫脒光催化降解动力学的优化及其降解产物的分析

利用光催化技术通过单因素和中心复合实验对啶虫脒的降解动力学进行了研究.在单因素实验中,探讨了催化剂浓度、底物浓度、温度和p H对其降解动力学的影响.结果表明啶虫脒光催化降解动力学符合Langmuir-Hinshelwood模型,随着温度的升高和底物浓度的降低其降解速率增加,而弱酸和碱性条件有利于啶虫脒的光催化降解.中心复合实验通过研究上述4种因素之间的相互关系得到啶虫脒的光催化降解最优条件为:Ti O2浓度2.30 g·L-1,底物浓度90.0μmol·L-1,温度37.5℃,溶液初始p H值为5.0.最后,HPLC检测到啶脒虫光催化降解产物主要有7个,其中6个降解产物极性大于啶虫脒.     

新型Fe_3O_4@GO@TiO_2光-芬顿催化剂降解刚果红

采用水热法制备了Fe_3O_4@GO@TiO_2三元复合光-芬顿催化剂,应用于刚果红的降解。用扫描电子显微镜(SEM)及X射线衍射仪(XRD)对催化剂结构进行了表征;采用单因素实验考查了刚果红溶液初始p H、底物初始质量浓度、H_2O_2添加量、降解温度对刚果红降解效果的影响,建立了理想的催化降解条件;通过多次循环使用评价了催化剂的使用稳定性。结果表明,Fe_3O_4@GO@TiO_2三元复合光-芬顿催化剂为近球形颗粒,直径约为2μm;XRD图谱证明催化剂为三元结构;当催化剂用量为500 mg/L时,催化降解刚果红的理想条件为溶液初始p H=3.0~5.0,底物初始质量浓度30 mg/L,H_2O_2添加量为1.5%,降解温度50℃;催化反应200 min时脱色率达到90%以上;循环使用5次后,铁离子溶出量低于0.17 mg/L,磁性Fe_3O_4回收率高,脱色率始终在90%以上,催化前后X射线衍射图谱几乎没有变化,说明催化剂具有良好的使用稳定性。     

AOB去除炔雌醇的共代谢与硝基化协同作用

采用氨氧化菌Nitrosomonas europaea降解17α-乙炔雌二醇（EE2）,考察降解过程中氨氮的作用以及EE2的降解机制.结果表明,N.europaea降解EE2属于共代谢过程,氨氮是共代谢发生的必要条件.氨氧化过程产生的亚硝氮会在酸性条件下将EE2硝基化,反应符合一级动力学模型,降解速率常数与亚硝酸根、H⁺及游离亚硝酸浓度成正相关.通过控制pH值大于7.5抑制硝基化反应,证实了N.europaea对EE2的生物降解作用,生物降解反应符合一级动力学模型且降解速率常数为0.0069h^-1.当N.europaea氨氧化反应导致pH值低于7.5时,EE2的去除存在生物降解和硝基化的协同作用,EE2去除符合一级动力学模型且降解速率常数为0.0093h^-1.同时还发现一种未曾报道过的EE2生物降解产物M613,对于其雌激素效应和毒性还需进一步探究.     

AOB去除炔雌醇的共代谢与硝基化协同作用

采用氨氧化菌Nitrosomonas europaea降解17α-乙炔雌二醇（EE2）,考察降解过程中氨氮的作用以及EE2的降解机制.结果表明,N.europaea降解EE2属于共代谢过程,氨氮是共代谢发生的必要条件.氨氧化过程产生的亚硝氮会在酸性条件下将EE2硝基化,反应符合一级动力学模型,降解速率常数与亚硝酸根、H⁺及游离亚硝酸浓度成正相关.通过控制pH值大于7.5抑制硝基化反应,证实了N.europaea对EE2的生物降解作用,生物降解反应符合一级动力学模型且降解速率常数为0.0069h^-1.当N.europaea氨氧化反应导致pH值低于7.5时,EE2的去除存在生物降解和硝基化的协同作用,EE2去除符合一级动力学模型且降解速率常数为0.0093h^-1.同时还发现一种未曾报道过的EE2生物降解产物M613,对于其雌激素效应和毒性还需进一步探究.     

不同硝化负荷MBR去除类固醇雌激素的研究

以雌酮(E1)和17α-乙炔基雌二醇(EE2)2种典型类固醇雌激素为研究对象,考察了不同硝化负荷好氧MBR对其的去除特性.结果表明,硝化负荷为6.19,0.35,10.58mg/(gMLSS·d)的MBR对E1平均去除率分别为72.33%、64.06%和71.77%,去除负荷分别为29.98,23.06,27.66mg/(gMLSS·d);对EE2平均去除率分别为55.40%、42.87%和58.90%,去除负荷分别为22.39,16.54,23.58mg/(gMLSS·d).E1去除效果均优于EE2.MBR硝化负荷与氨氧化细菌之间有较好的线性关系;而SEs去除负荷与氨氧化细菌及硝化负荷之间不满足线性关系.硝化负荷为0.35mg/(gMLSS·d)时,SEs去除负荷较低,硝化负荷达到6.19mg/(gMLSS·d)时,SEs的去除负荷显著提高,而当硝化负荷增加到10.58mg/(gMLSS·d)时,SEs去除负荷不再有效提高.     

固定化Lysinibacilluscresolivorans的PVA-SA-PHB-AC复合载体制备及间甲酚的降解

针对生物降解过程容易受到外界不利环境影响及低浓度下动力学效率不高的问题,制备了具有吸附功能的微生物固定化载体并研究了对间甲酚的降解.在聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)固定化载体中加入海藻酸钠(sodium alginate,SA)、聚羟基丁酸酯(poly-3-hydroxybutyrate,PHB)和粉末活性炭(activated carbon,AC),采用循环冷冻-解冻结合硼酸法制备了具吸附功能的PVA-SA-PHB-AC复合载体,并用其包埋固定化1株间甲酚优势降解菌Lysinibacillus cresolivorans,考察了载体微观结构、稳定性及扩散性对固定化微生物降解间甲酚的影响.结果表明,PVA-SA-PHB-AC载体比表面积和平均孔径分别为15.30m2.g-1和33.68 nm,对间甲酚的吸附容量和扩散系数分别为3.86 mg.g-1和5.62×10-8m2.min-1,可稳定使用60 d以上;固定化L.cresolivorans的间甲酚去除为吸附-降解的耦合,去除速率由载体传质速率与微生物降解速率共同决定,间甲酚浓度低于350 mg.L-1时,载体传质速率小于微生物降解速率,间甲酚去除速率由传质速率决定,浓度高于380 mg.L-1时相反;添加了吸附剂的载体扩散系数会减小,但能耐受更高的底物浓度,且在更宽的浓度范围可以实现高效的降解作用.间甲酚的降解规律及其差异性显示出经吸附功能改性的载体因传质作用的加强而实现反应动力学的提高,并且存在一个合理的浓度区间.     

深圳市城区VOCs对PM2.5和O3耦合生成影响研究

为了探究珠江三角洲城市大气PM_2.5和O₃的协同污染特征,在深圳市大学城开展了秋季光化学反应活跃季大气污染加强观测.发现O₃日最大8h平均值(O₃_8h)和PM_2.5在日间具有较强的正相关关系,且O₃_8h与典型挥发性有机物(VOCs)甲醛的相关性显著高于NO₂.利用气溶胶质谱仪在线测量了亚微米气溶胶化学组成,并利用正交矩阵因子模型(PMF)对其中有机气溶胶进行来源解析,解析出5类因子,其中二次有机气溶胶(SOA)占总有机物浓度的50%.通过对污染物之间的相关性分析发现,O₃_8h和SOA具有良好的相关性,但与硝酸盐(NO₃^-)未表现出相关性,说明VOCs在深圳城区大气PM_2.5和O₃耦合生成过程中的作用比NOx明显,VOCs减排是深圳市协同控制PM_2.5和O₃污染的关键.     

VUV/Fe3+体系对水中全氟辛酸(PFOA)脱氟影响因素研究

采用VUV/Fe3+光催化体系对全氟辛酸(PFOA)进行脱氟处理,考察了PFOA初始浓度、Fe3+浓度、体系pH值对体系脱氟的影响,并运用响应面正交法(RSM)优化分析了最佳反应条件.结果表明,VUV/Fe3+体系对PFOA具有明显的脱氟作用.PFOA浓度与Fe3+浓度比为1.8∶1～1.2∶1和pH为3～4时,有利于体系的脱氟.基于Box-Behnken响应曲面法,各影响因子显著性排序为pH>Fe3+投加量>PFOA初始浓度,pH值和Fe3+投加量交互作用显著.模型回归性良好,最佳运行条件组合为:pH=3.41,Fe3+投加量为30μmol·L-1和PFOA初始浓度为38.6μmol·L-1(16mg·L-1)条件下,反应4h的脱氟率达到54.13%,与预测值相比偏差为0.36%.在VUV体系引入Fe3+提高了PFOA及中间产物对紫外光利用的效率.     

紫外/亚硫酸盐高级还原工艺加速降解水中难降解含碘造影剂

紫外/亚硫酸盐（UV/SO₃^2-）是一种基于紫外活化SO₃^2-离子依靠生成还原性自由基——水合电子降解目标污染物的高级还原工艺.本文研究了UV/SO₃^2-加速降解含碘造影剂泛影酸钠（DTZ）的效能、机制与影响因素以及UV/SO₃^2-降解DTZ的路径.结果表明,UV/SO₃^2-降解DTZ符合一级动力学模型,降解速率快于单独UV和紫外/过氧化氢工艺,且降解速率随SO₃^2-浓度的增加而升高.弱碱性或碱性水质可强化UV/SO₃^2-降解效率,背景有机物对降解DTZ有一定抑制作用.DTZ降解机制包括直接光解和还原性自由基攻击,其中自由基攻击占主要部分.DTZ在UV/SO₃^2-的降解路径包括取代、脱羧基羟基化和酰胺键断裂等.     

四溴双酚-A和五溴酚对红鲫甲状腺激素和脱碘酶的影响

将红鲫(Carassius auratus)分别暴露于0.5mg·L-1四滇双酚-A(TBBPA)和0.1 mg·L-1五澳酚(PBP)中28 d,采用放射性免疫分析法和化学发光酶联免疫分析法检测红鲫的血清甲状腺激素水平和肝脏脱碘酶活性.结果显示,TBBPA能使红鲫血清TT4和TT3水平降低,rT3水平、肝脏脱碘酶ID2和ID3活性升高.PBP对红鲫甲状腺系统的干扰要小于TBBPA,它对红鲫血清TT3水平和ID2活性几乎没有影响.上述结果表明,TBBPA和PBP能够干扰红鲫体内甲状腺激素的稳态,加速甲状腺激素在肝脏内的转化和代谢;这可能是通过抑制甲状腺激素与运载蛋白的结合来实现的.     

基于O3/UV法的消解终止自动确定方法

为了提高基于臭氧协同紫外（O₃/UV）法的COD在线监测装置的检测效率和检测精度,分析了不同水样在消解过程中二氧化碳气体生成浓度的变化率与有机物消解率之间的关系,提出了一种消解终止自动确定的检测方法.通过采集消解过程中各传感器的数据,基于使用滑动标准偏差法计算二氧化碳气体浓度变化率的标准差自动确定消解终止时间.对不同种类、不同浓度的有机物进行消解实验,发现在二氧化碳实时浓度的标准差小于0.003时,有机物基本消解完全,可认为达到反应终点.该方法不仅可用于COD的在线监测提高检测效率和检测精度,也对基于臭氧协同紫外（O₃/UV）法的废水处理具有指导意义.     

水环境中雌激素的酶联免疫快速生物筛选技术研究

采用酶联免疫(ELISA)检测技术,对来自长江口及污水处理厂的水样分析典型雌激素雌二醇(E2)的浓度,将检测结果与化学方法检测数据进行比较验证,以阐明ELISA应用于水环境雌激素快速筛选的可行性。结果表明:ELISA的检测限可低至0.5 ng/L,试验的变异系数<30%,具有较高的灵敏性和良好的重复性;ELISA检测长江口水样中E2浓度范围≤0.7 ng/L,污水处理厂水样为2.5～11.5 ng/L,与液相色谱串联质谱(LC-MS/MS)的检测数据进行比较分析,其相关系数R~2为0.9147,表明2种方法具有良好的相关性;ELISA检测所需的水样量比LC-MS/MS更少,使用96微孔板可同时对43个样品进行检测,缩短了多个样品的分析时间,具有快速简便、经济适用的特点。因此,ELISA作为1种快速、简便、灵敏的雌激素高通量筛选技术,可为环境保护部门开展水环境雌激素物质调查和水体雌激素快速诊断等工作提供技术支持。