二氧化氯氧化水中苯胺的反应动力学及机理研究

采用高效液相色谱技术检测苯胺浓度随时间的变化,对二氧化氯氧化苯胺的动力学规律进行了系统的研究.结果表明,ClO₂氧化苯胺的反应对于ClO₂和苯胺均为一级反应,总反应级数为二级.在pH6.86和水温(T_w)287K条件下,二级反应速率常数k值为0.11L·(mol·s)^-1,反应活化能为73.11 kJ·mol^-1,表明ClO₂氧化苯胺的反应在一般水处理条件下即可发生.酸性和碱性条件下反应速率常数k值均较中性条件下大;亚氯酸根ClO₂^-对反应速率的影响不大CC-MS检测到对氨基酚和偶氮苯2种主要反应中间产物,文中对ClO₂氧化苯胺的反应机理进行了初步探讨.     

臭氧降解水中苯并三唑反应动力学及效能研究

对臭氧氧化去除水中痕量苯并三唑(BTri)的反应动力学、效能及其影响因素进行了实验研究.结果表明,臭氧分子与BTri直接反应速率常数k_Ｏ3=20.18 L·(mol·s)^-1,臭氧与BTri反应的表观反应速率常数K_BTri随pH值的不同而有显著差异,当pH值由6.63增加到7.83时,表观反应速率常数由63.42 L·(mol·s)^-1提高至582.69 L·(mol·s)^-1,增加约8倍.单独臭氧化可以有效地去除水体中痕量BTri,最终去除率可达85％;随着水体pH值的增加及水体温度的升高,BTri的反应速率大幅度提高;自然水体中常见阴离子NO^-₃、SO^2-₄、Cl^-对臭氧化去除BTri的去除率及反应速率无明显影响;羟基自由基(·OH)抑制剂叔丁醇对臭氧氧化去除BTri有一定的抑制作用,说明·OH也对臭氧氧化去除BTri有一定的贡献,表明臭氧化去除BTri的过程为O₃直接氧化及·OH间接氧化共同作用的结果.     

·Cl引发α-蒎烯的大气氧化机制及动力学

α-蒎烯是大气中含量最丰富的单萜烯类挥发性有机化合物,与氯自由基（·Cl）反应是其重要的转化途径.然而,·Cl引发α-蒎烯大气氧化的分子机制尚不清楚.本研究采用量子化学计算与微观动力学模拟相结合的方法,研究了·Cl与α-蒎烯的引发反应以及引发反应生成的主要α-蒎烯自由基的后续转化机制与动力学.结果发现,·Cl反式加成到α-蒎烯的C₂位置生成加成中间体IM_1-9-a是最可行的反应途径.在298 K和1.013×10⁵ Pa条件下,计算得到·Cl与α-蒎烯的反应速率常数（k_Cl）为3.1×10^-10 cm³·molecule^-1·s^-1,与k_Cl的实验值（4.6±1.3）×10^-10 cm³·molecule^-1·s^-1一致.生成的IM_1-9-a进一步与O₂反应生成过氧自由基IM_3-1-a,在2.5×10⁹ cm^-3（100 ppt） NO和1.25×10⁹ cm^-3（50 ppt） HO₂·条件下,IM_3-1-a后续主要与NO和HO₂·反应生成有机硝酸酯（C₁₀H₁₆ClNO₃和C₁₀H₁₆ClNO₄）、氢过氧化物（C₁₀H₁₇ClO₂和C₁₀H₁₇ClO₃）和烷氧自由基（C₁₀H₁₆ClO₂·）.生成的 闭壳层产物与母体α-蒎烯相比具有较高的O∶C比,可能具有较低的蒸气压,进而贡献二次有机气溶胶.本研究结果可为全面评价α-蒎烯的 大气化学反应对大气质量的影响提供理论支撑.     

电子供体对地下水中高氯酸盐生物去除的影响研究

通过静态实验,考察了电子供体类型及用量对厌氧条件下微生物去除地下水中高氯酸盐的影响.结果表明,电子供体醋酸盐和H₂的加入,可以明显提高ClO₄^-的去除率,驯化后的微生物去除ClO₄^-的速率比未加入电子供体时提高约1.4~3倍.Monod动态模型能很好地拟合两种电子供体环境下ClO₄^-的微生物去除过程,分别以醋酸盐和H₂作为电子供体时,基质半饱和常数K_s为12.6 mg·L^-1和2.2 mg·L^-1,最大比基质消耗速率V_m为0.45 d^-1和0.08 d^-1.动力学参数表明,本实验条件下,异养型混合菌去除ClO₄^-的效果明显优于自养型混合菌;在少数受高浓度ClO₄^-污染的地下水环境中,为了提高ClO₄^-的去除速率只有通过增加菌体浓度或提高微生物酶的活性来实现.随着电子供体醋酸盐用量增加,ClO₄^-的(比)消耗速率逐渐增大.当初始CH₃COO^-与ClO₄^-的比例为3.80 mg(COD)/mg(ClO₄^-)时,比消耗速率v最大(0.27 d^-1).     

水中典型内分泌干扰物质的臭氧氧化研究

在静态实验中,考察了臭氧投加量、HCO^-₃浓度和pH值对O₃氧化去除水中典型内分泌干扰物（EDs）E1、E2、EE2、DES和4-n-NP的影响.结果表明,5种EDs的去除率随O₃投加量的增加而增大,O₃浓度达到63.6 μg/L时可去除92.0%以上的EDs,HCO^-₃（0～100 mg/L）的引入抑制了O₃氧化,O₃氧化去除EDs的能力随溶液pH值升高而大幅度提高.在中性（pH≈7.0）和碱性（pH＞10.6）条件下,O₃氧化5种EDs的表观二级反应速率常数(20℃±0.5℃)分别在(1.67～3.89)×10⁶　Ｌ·(mol·s)^-1和(0.93～1.75)×10⁹　Ｌ·(mol·s)^-1范围内,表明这5种物质在水中可被O₃迅速氧化去除.计算得出5种EDs的基元反应速率常数(20℃±0.5℃),发现O₃与离子态的EDs反应活性［1.21×10⁹～3.81×10⁹　Ｌ·(mol·s)^-1］是其与分子态EDs的反应活性［7.62×10⁵～2.55×10⁶　Ｌ·(mol·s)^-1］的10³～10⁴倍.对比不同水质本底下O₃氧化去除EDs的实验发现,滤后水和江水中EDs的去除率较其在超纯水中分别降低了26.5%～50.3%和57.3%～72.0%,表明实际水体中的有机物通过竞争氧化剂,抑制了EDs的O₃氧化去除.     

对苯二甲酸臭氧化降解的动力学及机制研究

研究了臭氧化对苯二甲酸(TA)的降解效率,并对该过程的动力学特性和降解机制进行了探讨.结果表明,TA与臭氧的 反应速率常数k_o3-TA为（0.047±0.001）L·（mol·s）^-1,与羟基自由基的k_OH-TA为2.28╳10⁹L·（mol·s）^-1以上结果与TA臭氧化降解的表观反应速率常数相一致.采用高效液相色谱(HPLC)和离子色谱(IC)分析了TA降解过程的中间产物,主要包括苯甲酸、酒石酸、甲酸和草酸,在此基础上提出了臭氧化TA的可能降解历程.     

Co(C3H6NS2)3·C6H12N2S3单晶的制备及催化性能的研究

采用常温饱和溶液蒸发法,一硫化四甲基秋兰姆与钴(Ⅱ)发生原位反应得到一种新型非均相Fenton催化剂单晶Co(C₃H₆NS₂)₃·C₆H₁₂N₂S₃;通过单晶X衍射、红外光谱和C、N和H元素分析对该单晶结构进行了表征;该单晶的空间群为P-1,在不对称单元中有1个Co(Ⅲ)中心,3个新配体C₃H₇NS₂和1个TMTM;Co(Ⅲ)呈现出稍微偏斜的八面体的配位几何构型.利用该单晶催化氧化降解了直接蓝6和直接绿28;结果显示,在酸性和碱性条件下,染料的降解率和矿化率都较高,这是因为活性中心Co(Ⅲ)提高了H₂O₂的效率.当投加量在1 200～1 600　mg·L^-1之间时,处理90　min后,直接蓝6和直接绿28的降解效率可分别达到94.39%和94.78%.相比之下,不加该单晶光催化剂,其它条件完全相同时,处理90　min后2种染料的降解率均不到45%,降解缓慢.使用后的单晶,通过过滤,可反复使用,有利于降低处理成本.此外还研究了催化反应的动力学,反应遵从Langmuir-Hinshelwood动力学模型;2种染料降解反应速率常数k分别为3.03×10²和6.25×10²　mg·(L·min)^-1,吸附常数K分别为1.52×10^-4和7.23×10^-5　L·mg^-1.     

紫外活化过硫酸盐降解磷酸氯喹

以抗新型冠状肺炎药物——磷酸氯喹（CQP）为研究对象,考察其在紫外活化过硫酸盐体系（UV/PS）中的降解效果.通过竞争动力学实验,确定了CQP与羟基自由基（HO·）和硫酸根自由基（SO₄^-·）的二级反应速率常数,同时考察了PS浓度、pH和常见无机阴离子对UV/PS体系中CQP降解的影响,并通过建立动力学模型预测CQP浓度和主要自由基浓度以探究其影响机制.结果表明,UV/PS体系对CQP的降解效果显著优于单一UV、单一太阳光或单一PS体系,在10 min内可降解91.3%的CQP;在pH为6.9的条件下,CQP与HO·和SO₄^-·的二级反应速率常数分别为8.9×10⁹ L·（mol·s）^-1和1.4×10¹⁰ L·（mol·s）^-1,其中SO₄^-·是主要活性物种;CQP的降解速率随PS浓度增加而增大,HCO₃^-和Cl^-的加入对UV/PS体系中CQP的去除起到抑制作用,碱性较强的条件不利于CQP的转化.经LC-MS分析,发现CQP在UV/PS体系中主要经过N-脱乙基化、C—N键断裂和抽氢等反应被逐步降解为其他有机中间产物.加大PS浓度和pH可提高其矿化率.此研究可为抗新冠肺炎医药废水的处理提供帮助.     

1,2,4,5-四氯苯在沉积物中的解吸动力学

采用批量实验,研究了沉积物有机质特性、溶质负载量和温度对1,2,4,5-四氯苯在沉积物上解吸动力学的影响.用4参数2室一级动力学模型描述了1,2,4,5-四氯苯在沉积物上的解吸过程.结果表明,在本研究中的每个解吸体系,1,2,4,5-四氯苯慢解吸速率常数k_s要比快解吸速率常数k_r低2个数量级以上,说明慢解吸是整个解吸过程中的速控步骤;1,2,4,5-四氯苯在不同沉积物上的k_s范围为1.19×10^-3～2.88×10^-3 h^-1,解吸过程显著受沉积物NOM特性的影响,沉积物NOM的聚合度越高,1,2,4,5-四氯苯的解吸速度和程度越低;随着在沉积物中的初始负载量由13.3 μg·g^-1增加至25.3 μg·g^-1,1,2,4,5-四氯苯的k_s由1.26×10^-3 h^-1增加至2.52×10^-3 h^-1;1,2,4,5-四氯苯在沉积物上的解吸速度随着温度的升高而显著加快,慢解吸活化能E_a在9.45～21.43 　kJ·mol^-1之间,这为沉积物中污染物生物降解的可行性提供了科学依据.     

不同光强下光催化降解对氯苯甲酸钠动力学

以对氯苯甲酸钠为模型污染物,研究了不同光强条件下的光催化降解动力学.结果表明对氯苯甲酸钠的光催化降解动力学可以用Langmuir-Hinshelwood模式来描述,但其中的动力学参数与光强有关.速率常数k_r随入射光强的升高而增加,而表观吸附常数K_s却随入射光强的升高而降低.k_r和K_s^-1近似与光强呈幂函数的关系.说明提高光强虽然可以增加光催化降解速率但会降低其能量利用效率,如何使用低光强照射可能是提高光催化氧化反应器能量利用效率的重要因素之一.     

水中利谷隆氯化降解动力学和消毒副产物生成特性

采用常用消毒剂次氯酸钠对含氮除草剂利谷隆开展了氯化降解实验研究,系统考察了加氯量、p H值、加Br-量以及温度对降解效果的影响,分析了氯化反应过程中消毒副产物生成特性.结果表明,次氯酸钠对利谷隆的氧化降解过程符合二级反应动力学;p H值对该降解反应影响较大,当p H值为7时反应速率最快,其中HOCl、OCl-与利谷隆的基元反应速率常数分别为4.84×102L·(mol·h)-1和3.80×102L·(mol·h)-1.在添加溴离子时,反应速率随着溴离子的加入逐渐减小.改变温度时,反应速率随着温度的增加而逐渐增大.利谷隆在氯化降解过程中可产生三氯甲烷、二氯乙腈、三氯硝基甲烷、卤代丙酮等多类型消毒副产物.在不同p H值和添加溴离子条件下,消毒副产物种类与浓度会出现显著差异.     

次氯酸钠氧化消除水中BPA的影响因素和动力学

采用常用消毒剂次氯酸钠对内分泌干扰物双酚A（BPA）的氧化消除及动力学规律进行研究,考察了加氯量、BPA初始浓度、pH值、Br^-浓度和温度各因素对降解效果的影响.结果表明,次氯酸钠对BPA的氧化降解过程符合拟一级反应动力学;pH值对该降解反应影响较大,当pH为8～9时,BPA与 HOCl的反应速率达到最大为0 .544 3　min^-1;溶液中存在Br^-会加快BPA的降解,并且其整体反应不符合拟一级动力学规律,随着Br^-浓度的增加,BPA降解得越快;温度对该降解反应的影响较大并且符合Van't Hoff规则,提高反应温度,有利于氯对BPA的降解.     

高铁酸钾氧化降解三氯生的动力学模拟及反应机制研究

对高铁酸钾氧化降解水中微量三氯生（TCS）的反应动力学、反应机制及降解效果进行了实验研究.结果表明,高铁酸钾氧化降解TCS符合二级反应动力学模式,pH 8.5时表观二级反应动力学速率常数为531.9 L.（mol.s）-1,以10 mg.L-1的高铁酸钾计算,反应的半衰期是25.8 s.表观二级反应动力学速率常数随着p...     

敌敌畏的臭氧氧化处理

在12 L的反应器中,观察了臭氧浓度分别为4.9、6.7和7.6 mg/L,溶液温度10.50℃,pH值为3.1、5.3、7.2、9.4和11.2条件下,臭氧氧化浓度为30 mg/L的有机磷杀虫剂敌敌畏的处理效果,并计算了臭氧氧化敌敌畏的反应动力学.结果表明,臭氧氧化法是处理敌敌畏的高效方法.不同浓度臭氧处理5 min时敌敌畏的去除率均在96%以上,6.7 mg/L的臭氧氧化处理敌敌畏4 min时矿化度(以TOC 计)可达34.8%.臭氧浓度越高,敌敌畏的降解速率越快.随着敌敌畏初始浓度的升高,敌敌畏的氧化去除率下降,但绝对去除量升高.试验范围内的pH值和温度对敌敌畏的臭氧氧化去除效果影响不大.在臭氧浓度6.7 mg/L,pH 7.2和室温20℃的条件下,臭氧氧化敌敌畏的反应级数为0.11,反应速率常数k为7.72 mg·(L·min)-1.     

含碳酸盐水溶液中扑热息痛的光解研究

采用动力学方法研究了环境浓度范围内的扑热息痛在含碳酸盐溶液中的光解,比较了碳酸盐自由基和羟基自由基对扑热息痛的光解效果,探讨了pH值、硝酸根离子、腐殖质、氯化钠、钙镁离子等因素对扑热息痛光解的影响.利用GC/MS技术鉴定了扑热息痛的光解产物,并探讨了扑热息痛在碳酸根体系中可能的光解途径.结果表明,扑热息痛与碳酸盐自由基反应的二级反应速率常数为 k.=5.0×107L·(mol·s)-1,低于与羟基自由基反应的二级反应速率常数kb=8.1×109L·(tool·s)-1,但是由于天然水体中碳酸盐自由基的稳态浓度较高,所以碳酸盐自由基对扑热息痛光解的影响和羟基自由基大致相当.提高体系pH值,加入硝酸根离子、氯化钠或者钙镁离子都会加快扑热息痛的光解速率;而加入Suwannee河富里酸则会降低光解速率.     

Kinetics of aniline oxidation with chlorine dioxide

For the first time, kinetics of aniline oxidation with chlorine dioxide(ClO2) were investigated systematically by detecting concentration of aniline with HPLC at regular intervals. Results showed that the reaction was first-order both in ClO2 and in aniline, and the oxidation reaction could be described as second-order reaction. Stoichiometric factor η was experimentally determined to be 2.44. The second-order-reaction rate constant k was 0.11L/(mol.s)under condition of pH 6.86 and water temperature(Tw) 287K. Reaction activation energy was 72.31 kJ/mol, indicating that the reaction could take place under usual water treatment conditions. The reaction rate constants in acidic and alkali media were greater than that in neutral medium. Chlorite ion could slightly increase reaction rate in acidic medium. p-aminophenol and azobenzene were detected by GC-MS as intermediates.     

纳米Fe、Si体系对3,3′,4,4′-四氯联苯的脱氯降解

研究了纳米Fe、Si体系降解3,3′,4,4′-四氯联苯(PCB77)的动力学差异.结果表明,纳米Fe0、纳米Fe3O4和纳米Si0对PCB77均有降解作用,该降解为还原脱氯反应.降解过程符合准一级反应动力学,反应速率常数Kobs分别为0.0177,0.0038,0.0045h-1.PCB77初始浓度为5mg/L,纳米材料投加量为5g/L,溶液pH4.5条件下,纳米Fe0体系对PCB77降解效果最为显著,64h时PCB77残留率仅为19.83%,氯离子浓度为50.3μmol/L,反应体系pH值从4.5升至5.26.纳米双元体系Fe0和Si0、Fe3O4和Si0对PCB77降解过程也符合准一级反应动力学,反应速率常数Kobs分别为0.0114,0.004h-1,其中纳米Fe0和Si0体系降解效果优于纳米Fe3O4和Si0体系.PCB77残留率分别为34.91%和66.62%,氯离子浓度分别为40.07,20.47μmol/L,反应体系pH值变化不明显.随着溶液初始pH值增加,纳米Fe0、纳米Fe3O4降解PCB77效果明显降低,但溶液pH值升高有利于纳米Si0对PCB77的降解.两组纳米双元体系对PCB77的降解效果受pH值影响小.     

高锰酸钾氧化水中沙拉沙星的动力学研究

选用高锰酸钾为氧化剂从动力学的角度研究高锰酸钾初始浓度,pH值和温度对沙拉沙星氧化反应速率的影响,并比较高锰酸钾氧化其他氟喹诺酮类药物（恩诺沙星,氧氟沙星,环丙沙星,诺氟沙星）的动力学参数,旨在为沙拉沙星污染治理提供科学依据和建议.研究得出：氧化过程符合二级反应动力学规律,随着高锰酸钾浓度和环境温度的升高,反应速率增加;相对于中性条件和碱性条件[K=30~47L/（mol·min）],酸性条件（pH=4~5）下其反应速率[K=66~91.28L/（mol·min）]要明显更快.高锰酸钾氧化沙拉沙星的动力学参数与环丙沙星的类似,在相关研究中可以适当参考环丙沙星的处理参数.     

Fenton试剂氧化降解腐殖酸动力学

研究了Fenton试剂氧化降解腐殖酸废水的过程及动力学.结果表明,Fenton法能通过氧化和混凝作用有效去除腐殖酸,其中氧化降解速率主要与Fenton试剂投量、腐殖酸初始浓度和初始pH值有关,且氧化作用主要发生在反应前60 min.在pH为4.0,[Fe2+]0为5～40 mmol.L-1,[H2O2]0为40～120 mmol.L-1,[HS]0为250～1 000 mg.L-1,温度为278～318 K的实验范围内,反应初始阶段腐殖酸的氧化降解符合表观反应动力学模型.模型值与实验值吻合良好,说明该反应动力学模型能较好地描述Fenton氧化降解腐殖酸过程.Fenton氧化降解腐殖酸的初始反应活化能Ea为14.9 kJ.mol-1,说明反应较易进行.动力学模型的反应总级数为2.34,其中H2O2的反应分级数(0.86)高于Fe2+的分级数(0.47),表明H2O2浓度比Fe2+浓度对Fenton氧化降解反应的影响大.