Research on the degradation mechanism of pyridine in drinking water by dielectric barrier discharge

Pyridine, an important chemical raw material, is widely used in industry, for example in textiles,leather, printing, dyeing, etc. In this research, a dielectric barrier discharge(DBD) system was developed to remove pyridine, as a representative type of nitrogen heterocyclic compound in drinking water. First, the influence of the active species inhibitors tertiary butanol alcohol(TBA),HCO_3~-, and CO_3~(2-)on the degradation rate of pyridine was investigated to verify the existence of active species produced by the strong ionization discharge in the system. The intermediate and final products generated in the degradation process of pyridine were confirmed and analyzed through a series of analytical techniques, including liquid chromatography–mass spectrometry(LC–MS), high performance liquid chromatography(HPLC), ion chromatography(IC), total organic carbon(TOC) analysis, ultraviolet(UV) spectroscopy, etc. The results showed that the degradation of pyridine was mainly due to the strong oxidizing power of ozone and hydroxyl radical produced by the DBD system. Several intermediate products including 3-hydroxyl pyridine, fumaric acid, 2, 3-dihydroxypyridine, and oxalic acid were detected. Nitrogen was removed from the pyridine molecule to form nitrate. Through analysis of the degradation mechanism of pyridine, the oxidation pathway was deduced. The study provided a theoretical and experimental basis for the application of DBD strong ionization discharge in treatment of nitrogen heterocyclic compounds in drinking water.     

气液介质阻挡放电降膜反应器降解甲硝唑实验研究

针对抗生素药物甲硝唑难生物降解的难题,首次借助气液冷等离子体高级氧化的方法,采用连续气液介质阻挡放电降膜反应器对其进行降解实验研究.同时,定量测量和评价了反应器的·OH氧化能力,考察了不同初始浓度、不同放电气氛及加入叔丁醇对甲硝唑降解效果的影响,并重点探讨了·OH对甲硝唑降解的作用.结果表明,当甲硝唑在反应器内停留时间为3 s时,初始浓度为5、10和20 mg·L~(-1)的甲硝唑溶液的转化率分别为97.8%、85.4%和78.7%,说明气液介质阻挡放电降膜反应器对甲硝唑具有显著的氧化降解能力.同时实验进一步发现,氧化反应过程中·OH对甲硝唑的降解具有重要贡献.     

介质阻挡放电降解流动态二甲基二硫废气

采用介质阻挡放电等离子体技术(Dielectric Barrier Discharge,DBD)处理常压下流动态气体中的有机硫恶臭气体二甲基二硫(Dimethyl Disulfide,DMDS).研究了不同停留时间、进气浓度及外施电压条件下DMDS的转化,推导了DBD处理DMDS的动力学模型,并根据傅立叶红外(FT-IR)产物分析探讨了反应机理.研究结果表明,DMDS降解产物主要为CO2、SO2和H2O.在停留时间0.067 s、外施电压7500 V、进气量8.4m3·h-1的条件下,进气浓度为80 mg·m-3 DMDS的降解率达到64.3%,体积降解比量为2.26×10-2L·s-1·W-1,绝对处理量达到430 mg·h-1.     

介质阻挡放电等离子协同TiO_2-GAC降解甲基橙的研究

采用介质阻挡放电(DBD)等离子协同颗粒活性炭负载TiO2(TiO2-GAC)对甲基橙进行降解,研究了该体系的协同处理效果,探讨了放电电压、初始pH、初始电导率、初始浓度和TiO2-GAC投加量等操作参数的影响,并建立了协同体系的表观反应动力学模型.实验结果表明,DBD与TiO2-GAC联合处理表现出明显的协同效应,处理25min后,协同体系对甲基橙的降解率和COD去除率分别为96.2%和90%,与单独DBD体系相比,分别提高了52.7%和50.4%;协同体系降解甲基橙的过程符合表观反应动力学模型,模型值与实验值吻合良好,总级数为2.352;体系中H2O2、O3浓度测定结果表明,与单独DBD体系对比,协同体系的H2O2浓度增高,而O3浓度降低,说明TiO2-GAC起到了催化作用;TiO2-GAC在DBD体系中获得了原位再生,五次再生循环后再生率达80%.     

Non-thermal plasma treatment of Radix aconiti wastewater generated by traditional Chinese medicine processing

The wastewater effluent from Radix aconiti processing, an important step in the production processes of traditional Chinese medicine (TCM), is a type of toxic wastewater and difficult to treat. Plasma oxidation methods have emerged as feasible techniques for effective decomposition of toxic organic pollutants. This study examined the performance of a plasma reactor operated in a dielectric barrier discharge (DBD) to degrade the effluent from R. aconiti processing. The effects of treatment time, discharge voltage, initial pH value and the feeding gas for the reactor on the degradation of this TCM wastewater were investigated. A bacterium bioluminescence assay was adopted in this study to test the toxicity of the TCM wastewater after non-thermal plasma treatment. The degradation ratio of the main toxic component was 87.77% after 60 min treatment with oxygen used as feed gas and it was 99.59% when the initial pH value was 8.0. High discharge voltage and alkaline solution environment were beneficial for improving the degradation ratio. The treatment process was found to be capable of reducing the toxicity of the wastewater to a low level or even render it non-toxic. These experimental results suggested that the DBD plasma method may be a competitive technology for primary decomposition of biologically undegradable toxic organic pollutants in TCM wastewater.     

针-板式介质阻挡放电降解土壤中对硝基苯酚研究

采用针-板式介质阻挡放电(DBD)产生低温等离子体降解土壤中对硝基苯酚(PNP),考察了放电电压、载气气量、土壤含水率以及土壤pH值对土壤中PNP降解效果的影响。结果表明:针-板式DBD对土壤中PNP有良好的降解效果。在PNP初始浓度400mg/kg,放电电压18 kV条件下,放电处理60 min,PNP降解率达到87.3%。增加放电电压和含水率均能提高降解率。不通入载气,也有较好的降解效果。碱性条件有利于PNP降解。     

DBD协同CuO/MnO2耦合生物滴滤塔降解氯苯的工艺性能分析

以氯苯为目标污染物,选择CuO/MnO_2作为耦合系统中的催化剂,采用介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge,DBD)技术协同催化作为生物系统的预处理技术,开展废气净化的研究.实验结果发现,耦合生物滴滤塔(Biotrickling Filter,BTF)和单一生物滴滤塔系统分别在13 d和15 d内完成挂膜,氯苯的去除率分别达到100%和97%.稳定运行期,停留时间(EBRT)为90 s时,单一BTF在处理低进气浓度氯苯废气时,去除效果与耦合系统相当;进气浓度较大时,耦合系统的处理效果要明显优于单一BTF.EBRT缩短至45 s时,无论氯苯进气浓度高或低,耦合系统的处理效果均优于单一BTF.单一BTF的最大去除负荷(Eliminatory Capacity,ECmax)为41 g·m~(-3)·h~(-1),在同样实验条件下,耦合系统未达到最大去除负荷,而耦合系统和单一BTF对氯苯的矿化率分别为95%和86%.DBD协同催化能有效改善BTF对于高进气负荷氯苯废气的处理,预处理工艺能强化BTF对氯苯废气的彻底净化.通过对各功能单元对氯苯去除的贡献分析,发现DBD协同CuO/MnO_2工艺主要负责转化氯苯,BTF下段填料主要负责预处理工艺产生的中间产物的矿化,BTF上段填料主要负责剩余氯苯的去除及其矿化.     

生物炭负载零价纳米铁去除土壤中十溴二苯乙烷

作为十溴联苯醚的替代品,新型溴代阻燃剂十溴二苯乙烷（DBDPE）已经在国内外大量使用.随着DBDPE在各种环境介质中被普遍检测到,其造成的环境污染正引起广泛关注.本论文首先制备生物炭（BC）负载零价纳米铁（nZVI）材料（BC/nZVI）,进而研究了BC/nZVI去除土壤中DBDPE的动力学过程,并探究了作用机制.结果表明：BC加入能促进nZVI均匀分散在生物炭的表面,并改善了其分散程度;BC/nZVI去除效率最高（投加量为0.1 g·g^-1,BC：nZVI为2：1,DBDPE初始浓度为10 mg·kg^-1）,24 h内达到了89.74%,去除过程涉及到吸附和降解的共同作用,实验数据符合准一级动力学方程;采用LC-MS-MS探究了DBDPE的降解产物和途径;ECOSAR毒性评价数据显示BC/nZVI能够降低DBDPE的生态毒性.     

全氟辛酸(PFOA)厌氧生物可降解性

全氟辛酸(PFOA)的可生物降解性对阐明其环境归趋具有重要意义.根据前人的还原降解研究成果,采用PFOA摩尔回收率、氟离子浓度、乙酸根浓度、2H-PFOA[F(CF_2)_6CHFCOOH]浓度和短链(C8)全氟羧酸(PFCAs)浓度的变化等作为指标,研究PFOA的厌氧可生物降解性.结果表明,活菌降解样中PFOA摩尔回收率由培养期初(3d)的101%±5%降至培养期末(250 d)的85.6%±3.9%,而氟离子浓度则由培养期初(3 d)的0.59 mg·L~(-1)±0.02 mg·L~(-1)增至培养期末(250 d)的0.63 mg·L~(-1)±0.02 mg·L~(-1),且检出了一定量的乙酸根、2H-PFOA和短链PFCAs,但是这却和其对照样中相应指标的变化类似,且不存在显著性差异.由此可见,尽管热力学计算结果表明还原脱氟产生的热量足够维持微生物生命活动,但在本研究的实验条件下却并没有发现PFOA可被生物降解的证据.     

MoS2/BiOI复合光催化剂制备及其光催化氧化还原性能

通过两步法合成花状MoS_2/BiOI复合光催化剂,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外可见漫反射(UVVis)、光电子能谱(XPS)等方法对合成的样品进行了表征,对其可能的形成机制进行探究,通过电化学表征计算出BiOI与MoS_2的价带与导带位置,显示复合材料形成了1型异质结.同时以罗丹明B(RhB)与含Cr6+溶液作为目标污染物测试光催化剂的氧化还原性能,相比于BiOI和MoS_2单体,MoS_2/BiOI复合光催化剂表现出更强的光催化氧化与还原能力,其中以质量分数为2%的MoS_2与BiOI复合光催化剂效果最佳,可见光照20 min后RhB降解率达到98.92%,80 min后Cr6+溶液光催化还原率可达到97.87%,较纯BiOI分别提高了1.79倍与3.85倍,且经过4次重复利用后仍具有较高的光催化活性.光催化降解Rh B过程中空穴(h+)与超氧自由基(·O-2)作为主要活性物种,其中空穴影响更为显著.     

介质阻挡放电脱除模拟工业苯系物的可行性

采用介质阻挡放电(DBD)技术降解流动态"三苯"(苯、甲苯和二甲苯)模拟废气,分析了浓度、气体流速对其降解的影响.对混合"三苯"废气进行单级和串联运行中试放大试验研究,结果显示,DBD串联可以在一定程度上提高"三苯"的去除率.三级申联时三种气体去除率都达到89%以上,对"三苯"混合废气单位体积处理费用进行了估算,结果表明,单级运行时1000m3废气处理费用只需1～3元.最后指出,要真正实现DBD降解苯系物工业化,首先要解决的还是管壁结焦和出流气体中的气溶胶粒子问题.     

Mechanism and kinetics study on the ozonolysis reaction of 2,3,7,8-TCDD in the atmosphere

The ozonolysis of 2,3,7,8-tetra-chlorodibenzo-p-dioxin(2,3,7,8-TCDD) is an efcient degradation way in the atmosphere. The ozonolysis process and possible reactions path of Criegee Intermediates with NO and H2 O are introduced in detail at the method of MPWB1K/6-31+G(d,p)//MPWB1K/6-311+G(3df,2p) level. In ozonolysis, H2O is an important source of OH radical formation and initiated the subsequent degradation reaction. The Rice-Ramsperger-Kassel-Marcus(RRKM) theory was applied to calculate rate constants with the temperature ranging from 200 to 600 K. The rate constant of reaction between 2,3,7,8-TCDD and O3 is 4.80 × 10 20cm3/(mole·sec) at 298 K and 760 Torr. The atmospheric lifetime of the reaction species was estimated according to rate constants, which is helpful for the atmospheric model study on the degradation and risk assessment of dioxin.     

介质阻挡放电处理水中3,4-二氯苯胺机理研究

采用介质阻挡放电产生低温等离子体来处理水中3,4-二氯苯胺(3,4-DCA),考察了放电功率、空气流量、金属离子(Fe2+、Cu2+)浓度、光催化剂二氧化钛对3,4-DCA去除率的影响,并分析了降解产物及可能的降解机理.实验结果表明,介质阻挡放电方法对3,4-DCA有良好的去除效果,在3,4-DCA初始浓度为30mg·L-1,放电功率为80W,空气流量为1L·min-1时,放电处理6min后3,4-DCA的去除率可达92.5%.增加空气流量能显著地提高3,4-DCA的去除率,添加亚铁离子(Fe2+)浓度和光催化剂TiO2均能提高3,4-DCA的去除率,且存在最佳添加量值.介质阻挡放电方法对3,4-DCA的降解去除反应符合一级反应动力学.通过气质联用仪(GC-MS)分析检测发现,反应主要为脱氯、脱氨基和苯环开环反应,二氯乙烯为其主要的降解产物.     

介质阻挡放电降解苯乙烯的研究

研究了介质阻挡放电(DBD)常压下降解流动态苯乙烯时,不同电压、流速、初始浓度及湿度下苯乙烯的降解情况.结果表明,DBD降解苯乙烯15~20min即可达稳定,产物主要为CO、CO₂和H₂O;电压4800V时有少量带苯环的气态及固态物质产生,且随电压的升高而减少,到7500V时红外光谱已无法检测到;高电压下放电可以取得90%左右的降解率,产生带苯环的气态物质和结焦物质较少.流速在1.5cm/s,浓度为3000mg/m³,相对湿度为20%左右时,降解效果最好.     

多菌灵在农田土壤中的降解及其影响因子研究

采用实验室模拟方法,研究了微生物、含水量和Cd对土壤中多菌灵降解动态的影响.结果表明,土壤中多菌灵(5.0mg·kg-1和10.0 mg·kg-1)的降解半衰期在灭菌条件下为非灭菌条件下的12.6～13.8倍;复合降解菌群(枯草杆菌、副球菌、黄杆菌和假单胞菌)的加入显著缩短了土壤中多菌灵的降解半衰期(32.1%～37.1%);当土壤含水量由40%田间持水量提高到60%或80%田间持水量,多菌灵降解半衰期缩短46.2%或74.0%;低浓度Cd(5.0 mg·kg-1)的加入显著缩短了土壤中多菌灵的降解半衰期(32.1%～52.4%),而高浓度的Cd(50 mg·kg-1)延长多菌灵的降解半衰期(92.6%～103.0%);对添加复合降解菌群的土壤,低浓度Cd(5.0 mg·kg-1)的加入同样显著缩短了土壤中多菌灵的降解半衰期(34.0%～34.4%),高浓度的Cd(50 mg·kg-1)延长多菌灵的降解半衰期(74.4%～109.4%).研究表明,土著微生物在多菌灵降解过程中发挥重要的作用,多菌灵降解菌群、较高的土壤湿度和低浓度的Cd也促进了土壤中多菌灵的降解.     

介质阻挡放电协同Bi2WO6/天然赤铁矿降解乙酸乙酯

为强化DBD（介质阻挡放电）技术对VOCs（挥发性有机物）的处理效果,采用溶胶凝胶法制备Bi₂WO₆/NH（NH为天然赤铁矿）复合催化剂,并利用DBD协同催化剂降解EA（ethyl acetate,乙酸乙酯）.采用XRD（X射线衍射）仪、BET（比表面积及孔径）分析仪、SEM（扫描电子显微镜）分析仪对催化剂进行表征,对比分析DBD、DBD/Bi₂WO₆（DBD协同Bi₂WO₆）、DBD/NH（DBD协同NH）及DBD/Bi₂WO₆/NH（DBD协同Bi₂WO₆/NH复合催化剂）4个体系中EA去除率和能量产率随输入功率、初始ρ（EA）及气体停留时间的变化情况,同时探究输入功率和催化剂对ρ（O₃）及矿化率的影响,并对降解产物进行分析.结果表明:①在不同工艺参数条件下,EA去除率和能量产率均表现为DBD/Bi₂WO₆/NH体系> DBD/NH体系> DBD/Bi₂WO₆体系> DBD体系.②EA去除率随输入功率的升高和气体停留时间的延长而增加,随初始ρ（EA）的升高而降低;但能量产率随输入功率的升高和气体停留时间的延长而降低,随初始ρ（EA）的升高而增加.③在输入功率为84 W、初始ρ（EA）为0.40 mg/L、气体流量为1.0 m3/h的条件下,相较于DBD体系,DBD/Bi₂WO₆/NH体系中EA去除率和矿化率分别提高了19.16%和14.44%,而ρ（O₃）降低了74.47%.④DBD降解EA的最终产物主要为CO₂、H₂O及微量的CH₄、CH₃CH₂OH及CH₃COOH等小分子有机化合物.研究显示,DBD协同Bi₂WO₆/NH复合催化剂能够高效去除EA.      

真菌对磺胺二甲氧嘧啶降解过程的转录组分析及差异表达基因的功能分析

采用黄孢原毛平革菌降解磺胺二甲氧嘧啶（SDM）,4 d后SDM的去除率达74%,降解速率达3.24 mg·L^-1·d^-1.采用Illumina高通量测序平台对降解SDM后的菌株与对照组菌株进行测序,通过GO和KEGG富集分析,得到的差异表达基因能显著富集到与降解相关的“氧化还原酶活性”途径,及与应激反应有关的“ABC转运体”路径.通过对高表达高上调的差异表达基因的筛选与分析,得到了耐受和降解SDM的功能基因.水通道蛋白、ABC转运蛋白及甲基转运酶基因等在黄孢原毛平革菌对环境的耐受中起到重要的作用.乙醇氧化酶、细胞色素P450和糖苷水解酶等在黄孢原毛平革菌对SDM的降解中起着关键的作用.本文从转录组水平分析了SDM的降解机制,为黄孢原毛平革菌在环境修复中的应用提供一定的参考.     

钴掺杂铁酸铋活化过硫酸盐降解水中四溴双酚A的研究

采用溶胶凝胶法制备了钴掺杂的铁酸铋(xCo-BFO),以此作为多相催化剂,活化过硫酸盐(PMS),产生硫酸根自由基,在水相降解溴代阻燃剂四溴双酚A(TBBPA).研究了钴掺杂量、催化剂用量、PMS初始浓度对降解反应过程的影响.结果表明,在xCo-BFO中Co掺杂量(Co/Fe摩尔比)为0.1,用量为0.5 g.L-1,PMS浓度为2.5 mmol.L-1时,60 min内对40 mg.L-1的TBBPA的去除率可达95%以上.所得催化剂在反应中稳定,反应60 min后Co溶出量仅占总Co的0.27%,经4次重复使用仍具有较高催化活性;具有磁性,回收方便,在污水处理领域具有良好的应用前景.     

电活化过硫酸盐降解全氟辛酸及其中间产物的探究分析

全氟化合物（PFCs）是一种新兴的持久性有机污染物,具有环境持久性、高毒性和难降解性,因此急需研发高效的降解方法.本文采用电化学恒电位电解法活化过硫酸盐,利用得到的具有强氧化性的SO₄^·-有效降解全氟辛酸（PFOA）,考察了恒定电位值、过硫酸钠的初始浓度、溶液初始pH值和共存离子对电活化过硫酸盐降解PFOA的影响.同时,结合超高效液相色谱-三重串联四级杆质谱联用仪（UPLC-MS/MS）和气相色谱与质谱联用仪（GC-MS）,对其降解的液相和气相中间产物进行探究.结果表明,在控制阴极电位为-1.8 V,初始过硫酸钠溶液浓度为200 mmol·L^-1,初始溶液pH=3.29,恒电位电解4 h后,PFOA去除率约达到60%.当体系中有NO₃^-、异丙醇和过硫酸钠共存时,PFOA降解效率明显提高（91%,4 h）,当有ClO₄^-存在时PFOA去除率约达到76.8%,但HCO₃^-和Cl^-的存在会出现抑制效果.通过对降解中间产物（短链PFCAs和加氢产物）和TOC去除率（62.5%,24 h）的监测分析,进而推断其可能的降解机理为SO₄^·-介导的Kolbe脱羧过程和羧酸逐步被加氢还原的过程.     

纳米零价铁铜双金属体系对土壤中四氯双酚A的降解

纳米零价铁及其双金属材料因比表面积大、反应活性高,已被大量应用于地下水中卤代有机污染物、无机盐和重金属的处理,而将纳米零价铁铜双金属(Cu/n ZVI)应用于四氯双酚A(TCBPA)污染土壤的修复却鲜见报道.本文以Cu/nZVI为反应材料,探究了TCBPA起始浓度,Cu/n ZVI投加量、p H、温度等因素对土壤中TCBPA降解率的影响.批实验结果表明:反应温度为25℃,经过360 min的反应后,0.30 g的Cu/n ZVI对土壤中0.8 mg·g~(-1)TCBPA的降解率可达85%以上.Cu/n ZVI对土壤中TCBPA的降解率随TCBPA初始浓度的增加而降低,随Cu/n ZVI投加量的增加而升高,随土壤初始p H的增加而降低,Cu/n ZVI对TCBPA的降解在常温条件下即可有效的进行.Cu/nZVI对TCBPA的降解遵循准一级反应动力学模型.GC-MS结果表明,Cu/n ZVI降解TCBPA是一个逐步还原脱氯的过程.