瞬态吸收光谱技术研究水体中亚硝酸-萘体系的微观反应机理

采用 35 5nm紫外光照射HNO2 萘 H2 O体系 .研究表明 ,光照后体系中间产物和最终产物的光反应过程是通过HNO2 激光光解产生OH自由基 ,OH自由基再与萘反应生成　 OH ,反应速率常数为 ( 1 1± 0 1 )× 1 0 1 0 M- 1 ·s- 1 .     

3-甲基丁酮与OH自由基反应的速率常数及其机理研究

在(298±3)K的温度下,采用相对速率法测得了3-甲基丁酮与OH自由基在气相中的反应速率常数:k=(2·6±0·4)×10~(-12)cm~3·molecule~(-1)·s~(-1).该结果与根据结构活性法估算的结果相一致.实验中还测定了该反应的主要产物:丙酮、甲醛和过氧乙酰基硝酸酯(PAN),讨论了该气体在NOx存在下与OH自由基反应的机理.根据上述实验结果讨论了3-甲基丁酮对对流层臭氧浓度的影响:3-甲基丁酮在大气对流层中的氧化反应活性不高,它的主要氧化产物丙酮同样具有低的反应活性.因此,3-甲基丁酮对大气中臭氧生成的贡献不是很大.     

C_(60)在模拟气溶胶中的光降解实验与理论计算

燃烧及碳纳米材料的生产和处置过程中,均有可能产生富勒烯(C_(60))等纳米颗粒物.这些纳米颗粒物进入大气后,主要存在于气溶胶中.由于本身的共轭结构C_(60)可以吸收紫外可见光发生光氧化转化,研究C_(60)在气溶胶中的光转化对于评价其环境归趋具有重要意义.本研究以环己烷、甲苯和二氯甲烷等溶剂模拟气溶胶表面液体层,采用模拟日光实验和密度泛函理论(DFT)计算研究了C_(60)在3种溶剂中的光化学转化.实验结果表明,C_(60)在环己烷、甲苯和二氯甲烷中的光降解符合准一级动力学,光解速率常数分别为(0.80±0.01)×10~(-3)、(3.80±0.02)×10~(-3)、(14.80±0.20)×10~(-3)min~(-1).DFT计算结果表明,C_(60)在3种溶剂中均可以通过光致产生1O_2发生氧化反应.然而,仅在二氯甲烷中C_(60)可以通过电子转移生成O_2~(·-)来促进C_(60)的光转化.甲苯溶剂中激发态甲苯分子可以敏化C_(60)产生C·-60从而加快C_(60)的降解.理论计算结果有助于解释实验中C_(60)在二氯甲烷中光解速率最快,在甲苯中光解速率比在环己烷中快的现象.     

品红的深度氧化机理研究

选用 2 5 3 7nm的紫外光为激发光源 ,对品红 /过氧化氢体系中的紫外光解离进行了研究 .结果表明 ,该体系中品红的解离近似为表观一级反应 ,解离反应的速率常数为 0 0 386 7s- 1.品红水溶液的脉冲瞬态光谱结果表明 ,品红主要与OH自由基反应而导致脱色 ,其在 5 4 0nm处的脱色与 34 0nm处的瞬态吸收存在很好的相关性 ,品红在5 4 0nm处脱色为一级反应 ,速率常数为 8 1 0× 1 0 5s- 1,34 0nm处新的瞬态物种生成较快而衰减较慢 ,其衰减速率为 5 33× 1 0 3 s- 1.     

水相中羟基自由基诱导二甲基硫氧化的研究

用激光闪光光解技术研究了水相中二甲基硫(DMS)与羟基自由基(·OH)的反应机理,并讨论了溶液pH值和O2对该反应的影响,进而比较了气液相DMS与·OH反应的不同,初步评估了由·OH氧化引起的海洋和大气液相中DMS的寿命.结果表明:在pH 6-9时, ·OH会与DMS反应生成·DMSOH, ·DMSOH在水相中继续与DMS反应生成(DMS) 2, (DMS) 2与氧气的反应速度很慢,其衰减受pH影响较大.     

水体中二氧化钛(P25)光催化降解甲芬那酸的机理

本文研究了甲芬那酸(MEF)在UV-P25光催化降解下的行为和产物.结果表明,在紫外光照下P25能够快速催化降解MEF,实验浓度下很好地符合准一级动力学模型,速率常数为0.338 min~(-1).碱性溶液有利于MEF的降解,随着p H值从5.0增加到10.0,速率常数从0.271 min~(-1)增加到了0.388 min~(-1).采用硝基苯作为分子探针鉴定了P25光催化降解MEF过程中生成的羟基稳态浓度为0.58×10~(-1)2mmol·L~(-1),通过异丙醇猝灭计算出羟基自由基贡献率为95.7%,由此推算MEF与羟基的实际二级反应速率常数为1.04×1010L·(mol·s)~(-1).采用UPLC/MS/MS鉴定了MEF降解产物,推测MEF的光催化降解途径主要涉及脱氢反应、羟基化反应和酮化反应.发光菌急性毒性试验评价MEF降解过程中中间产物的毒性变化表明,UV-P25是一种有效降低MEF毒性的方法.     

利用GC-MS负化学离子化模式测量痕量二羟基苯甲酸

为了提高水杨酸探针测量·OH自由基的灵敏度,将·OH自由基和水杨酸的反应产物之一2,5-二羟基苯甲酸(2,5-DHBA)与五氟苯甲基溴和硅烷化试剂衍生反应生成可挥发性有机物2,5-二(三甲基硅烷氧基)苯甲酸五氟苯甲基酯,最终产物利用GC-MS定性,并在负化学离子化模式下检测,在1μl进样的情况下,获得的质量检测限为3×10-15mol.     

五氧化二钒类Fenton降解邻苯二甲酸二乙酯的机制研究

发展了基于五氧化二钒(V_2O_5)和过氧化氢(H_2O_2)的新型类Fenton体系,探索了此体系产生羟基(·OH)的机制及降解邻苯二甲酸二乙酯(DEP)的效率;并考察了V_2O_5投加量、H_2O_2浓度,以及草酸对DEP降解的影响。结果表明,当V_2O_5投加量为0.1 g·L-1,H_2O_2浓度为2.0 mmol·L-1,反应24 h后,对DEP(25 mg·L-1)的降解率可达61.1%,增加或降低V_2O_5投加量和H_2O_2浓度均不利于DEP的降解。利用电子顺磁共振技术(Electron Paramagnetic Resonance,EPR)耦合5,5-二甲基-1-吡咯啉氮氧化物(DMPO)为捕获剂对反应体系中的主导自由基进行鉴定,发现·OH是体系降解DEP的主要活性物种,利用苯甲酸作为探针分子实现了·OH的间接定量,并初步推测了V_2O_5活化H_2O_2的过程。     

环糊精的Fenton氧化特性及产物分析

环糊精因其具有包合增溶特性,单独或与高级氧化技术(如Fenton氧化)耦合可应用于有机污染物的土壤污染修复,然而环糊精的稳定性不清楚.本研究考察了环糊精在Fenton体系中的降解动力学及转化产物,评估了环糊精的稳定性.结果表明,β-环糊精(β-CD)在Fenton体系中反应速率随着过氧化氢浓度的升高而线性增加,符合二级动力学过程.环糊精与羟基自由基反应的绝对速率常数在酸性条件下(p H=3)分别为3.9×10~9L·(mol·s)~(-1)(β-CD和甲基β环糊精),6.5×10~9L·(mol·s)~(-1)(羟丙基β环糊精),7.2×10~9L·(mol·s)~(-1)(γ-环糊精),中性条件下(p H=7)为2.9×10~9L·(mol·s)~(-1)(β-CD),3.1×10~9L·(mol·s)~(-1)(MCD),3.2×10~9L·(mol·s)~(-1)(HPCD),3.3×10~9L·(mol·s)~(-1)(γ-CD),显示环糊精在酸性条件下降解加快,且绝对速率常数的种类差别较大,而在中性条件下比较稳定,且种类之间差别不大.产物质谱分析表明,环糊精空腔骨架上的羟基被氧化,生成了含有醛基和羧基氧化产物;反应前后总有机碳含量无明显差别,表明环糊精及产物的空腔结构稳定,未被开环破坏.     

紫外/过二硫酸盐对组胺H2受体拮抗剂的降解特性及自由基模拟

研究了基于硫酸根的高级氧化技术UV/过二硫酸盐(UV/PDS)对水体中组胺H₂受体拮抗剂(HRAs)的降解,并选取HRAs中的典型物质西咪替丁(CMTD)为目标污染物.采用竞争动力学方法得到了HRAs和·OH及SO₄-·反应的二级速率常数,k_·OH/HRAs为(2.8—14.6)×10⁹ L·mol^-1·s^-1,k_SO4^-·/HRAs为(0.81—8.10)×10⁹ L·mol^-1·s^-1.研究在实验基础上建立了UV/PDS的自由基拟稳态模型,模拟结果表明,UV/PDS对污染物的降解,其间接光解起主要作用,体系中·OH和SO₄^-·是间接光解的主导自由基.在(0.1—0.5) mmol·L^-1 PDS投加量下,·OH和SO₄^-     

氨基比林的臭氧降解和矿化效能分析

以氨基比林(pyramidon,PD)为代表性药物和个人护理品污染物,探讨了实验室条件下臭氧(O_3)氧化对PD的去除效果、动力学和降解机制,考察了反应条件包括温度、p H、阴离子和过氧化氢(H_2O_2)对PD降解过程的影响.结果表明,O_3氧化对PD的降解效果明显,降解过程符合拟一级反应动力学模型.降解动力学常数(k_obs)在反应温度为20℃时最高(1.756×10~(-2)s~(-1));H_2O_2的投加对于k_obs具有低促高抑的效果,在H_2O_2浓度为0.135 mmol·L-1时达到最优效果(k_obs,2.108×10~(-2)s~(-1)).p H的升高和阴离子HCO_3~-、SO_4~(2-)、Cl~-的投加会降低PD降解速率,而NO_3~-离子对PD的降解有明显地促进效果.对PD O_3降解过程的矿化效率和副产物分析可知,O_3氧化无法有效矿化PD,PD的O_3降解机理主要包括亲电加成和取代、吡唑环直链化、羟基化、脱苯基和脱甲基作用.     

不同光谱区间日光照射下水体成分的光致羟基自由基生成研究

本文对硝酸根、亚硝酸根、过氧化氢和可溶性有机质(Dissolved organic matter,DOM)等4种水体成分在不同波段的太阳光照射下羟基自由基的光化学生成情况进行了研究.结果表明,硝酸根、亚硝酸根和过氧化氢三者的光致羟基自由基生成速率(vs.光通量)与其浓度之间有良好的线性关系,说明三者的光致羟基自由基生成是三者直接光解产生羟基自由基,都为一级反应,单位浓度(mol·L~(-1))的硝酸根、亚硝酸根、过氧化氢的羟基自由基生成速率分别为13.6、2.11×10~3、2.90×10~2μmol·L~(-1)·E~(-1)·m~2;DOM的光化学过程可以产生羟基自由基,但羟基自由基生成速率与DOM浓度间不存在明显的线性关系,具体的原因可能是DOM光致羟基自由基生成可经由非过氧化氢途径(途径1,DOM直接光解)和过氧化氢途径(途径2,过氧化氢光解)两种途径生成,而高浓度DOM的存在会产生较强的滤光作用,同时也会阻断途径2中过氧化氢的生成,降低羟基自由基的生成速率;不同光谱区间的日光对4种成分的羟基自由基贡献不同,可见光区对4种组分贡献均远小于紫外区,紫外区UVA和UVB对硝酸根和过氧化氢的羟基自由基光化学生成贡献较为接近,UVA和UVB对亚硝酸根和DOM的羟基自由基光化学生成贡献存在明显差异,差异的产生由水体成分对太阳光谱的吸收性质和太阳光谱能量分布共同决定.     

羟基自由基对不同来源溶解性有机质(DOM)的氧化能力

采用总有机碳分析仪、紫外-可见吸收光谱以及荧光激发-发射光谱(EEMs)对5种不同来源DOM与·OH的反应过程进行了表征,以考察DOM来源和类别对其与·OH反应的影响.结果表明,不同来源DOM与·OH的反应能力存在显著差异,陆源DOM比水源DOM表现出更强的反应能力.DOM与·OH的反应表现为准一级动力学,以DOC变化表征的反应速率常数kDOC与DOM的芳香碳/脂肪碳的比值(Caro/Cali)有较好的相关性,说明芳香性碳可能是·OH的优先反应位点.以光吸收参数Absave表征的衰减速率常数与kDOC也表现出良好的相关性.因来源与类别的差异,不同DOM不仅初始的EEMs存在差别,而且·OH氧化过程中EEMs的变化也表现出显著的不同.     

模拟饮用水消毒过程中高铁酸钾降解吲哚美辛的动力学分析

模拟饮用水消毒过程中高铁酸钾(Fe(Ⅵ))对吲哚美辛(IDM)的降解,考察了Fe(Ⅵ)投加量、IDM初始浓度、溶液pH值、温度等因素对IDM降解速率的影响.实验结果表明,Fe(Ⅵ)可以有效地去除饮用水中的IDM,当Fe(Ⅵ)投加量为0.3 mmol·L~(-1),溶液pH值为7,温度为25℃时,反应20 min后IDM的去除率达到95%,其反应过程符合准一级反应动力学模型;准一级动力学常数与Fe(Ⅵ)的投加量正相关,与IDM的初始浓度负相关;pH值升高会降低反应速率,温度升高会加快反应的进行.将不同温度条件下反应速率常数进行线性拟合,推算出了Fe(Ⅵ)与IDM反应的热力学参数Ea、ΔH和ΔS的值分别为15.79 J·mol~(-1)、13.27 J·mol~(-1)、-183.76 J·mol-1·K~(-1),说明该反应是吸热反应,同时活化能较低也说明了该反应在常规饮用水消毒条件下即可进行.TOC测定实验表明,Fe(Ⅵ)对IDM的矿化效率较低,大部分IDM转化成其它大分子有机物.     

蒽和菲的酶促降解条件及动力学特征

研究了蒽和菲酶促降解的最佳反应条件及其动力学特性.结果表明,利用黄杆菌FCN2产生的胞内酶降解蒽、菲时的最佳pH为6,而且在弱酸性介质中胞内酶的活性较高;在30℃-35℃之间胞内酶能保持较好的降解活性,32℃时胞内酶活性最高.对蒽和菲酶促降解的米氏常数分别为3×10-4 mol·l-1和4×10-4 mol·l-1,相同实验条件下,对蒽降解的最大反应速率为2×10-6mol·l-1·min -1,对菲的最大反应速率为1×10-6mol·l-1·min -1.酶促降解蒽的反应级数接近于0.93,表观速率常数的对数lgk为-1.86,而降解菲的反应级数接近于0.76,表观速率常数的对数lgk为-2.05.     

饮用水中两种硫醚类嗅味物质的氧化去除

本文针对KMnO_4、ClO_2、NaClO、O_3、H_2O_2去除饮用水中戊基硫醚(diamyl sulfide,DAS)和丙基硫醚(dipropyl sulfide,DPS)进行了研究.在中性室温条件下选取KMnO_4、ClO_2、NaClO、O_3、H_2O_(2 )5种氧化方式氧化2000 ng·L~(-1) DPS、DAS,并探究其去除效果、氧化动力学及氧化机理.实验结果表明,5种氧化方式氧化2000 ng·L~(-1)的DPS、DAS 2 h后,DPS、DAS去除率大多数都达到了90%以上,DPS、DAS氧化后剩余浓度大多低于其嗅阈值;根据动力学常数计算,高锰酸钾与DPS、DAS的二级反应动力学常数分别为2.30×10~4、1.74×10~4 L·mol~(-1)·min~(-1);O_3、H_2O_2氧化结果表明,O_3氧化效果明显高于其他氧化方式,但单独使用H_2O_2效果不及其他氧化剂;ClO_2、NaClO在硫醚的氧化中效果显著,去除率接近100%;高锰酸钾在氧化中存在色度问题,当水体中DPS、DAS浓度水平较高时高锰酸钾适用性不强;高锰酸钾、次氯酸钠、二氧化氯等氧化剂会使DPS、DAS氧化成砜类物质,本研究中识别出二戊基砜(diamyl sulfone)、二丙基砜(dipropyl sulfone).     

Trichosporon montevideense WIN提取物合成纳米金及其对硝基芳烃的催化特性

利用生物及其提取物合成纳米金具有反应条件温和、环境友好等优点.以菌株Trichosporon montevideense WIN提取物合成纳米金(Au NPs),考察反应时间、p H和提取物浓度对纳米金合成的影响,并探讨纳米金催化还原硝基芳烃的特性.结果显示,纳米金合成过程可在7 d内稳定,最优p H为7.0,最适提取物浓度为300 mg/L.通过紫外-可见光谱扫描、透射电子显微镜和傅立叶转换红外线光谱分析可知,纳米金为球形和伪球形,尺寸分布范围为4-35 nm,平均粒径为(18.2±0.4)nm,推测提取物中的羟基、氨基和羧基参与了纳米金的还原和稳定过程.纳米金对2-硝基苯酚、3-硝基苯酚、4-硝基苯酚、2-硝基苯胺和3-硝基苯胺具有良好的催化活性,其催化反应速率常数分别为7.5×10~(-3)s~(-1)、6.4×10~(-3) s~(-1)、9.1×10~(-3) s~(-1)、11.8×10~(-3) s~(-1)和20.7×10~(-3) s~(-1).本研究表明T.montevideense WIN在生物合成纳米金方面具有潜在的应用价值,且合成的生物纳米金能够有效应用于硝基芳烃污染物的催化还原.     

载铁沸石分子筛催化降解地下水中氯代烃的影响因素及机制研究

氯代烃是工业场地地下水中常见污染物,高效去除氯代烃是目前环境科学研究的热点。以负载铁的沸石分子筛(Fe-ZSM-5)为催化剂,研究Fe-ZSM-5催化降解三氯乙烷(TCE)的影响因素及降解机制。结果表明,在Fe-ZSM-5体系中,加入0.8 g·L~(-1) Fe-ZSM-5、10 mmol·L~(-1) H_2O_2、0.9 mmol·L~(-1) TCE、初始pH值为7.4、25℃条件下,TCE降解率可达88%,且随着催化剂用量和H_2O_2浓度的增大,同一浓度TCE的去除率逐渐升高,降解率最高可以达到99%。此外,改变溶液初始pH值,对TCE的降解无显著影响。与Fe-ZSM-5体系相同条件下,未负载铁的沸石分子筛(ZSM-5)体系催化H_2O_2降解TCE的去除率仅为41%,H_2O_2浓度从6增至14 mmol·L~(-1),TCE去除率反而降低,溶液初始pH对去除率也无显著影响。自由基猝灭试验发现,在Fe-ZSM-5催化体系中,羟基自由基(·OH)对TCE的降解起主导作用,而未负载铁的ZSM-5催化体系中,·OH的作用则不明显。     

·Cl引发3种环状含有NH结构有机化合物的大气转化机制及动力学

氯自由基(·Cl)的高氧化性及其内陆来源的新发现使得·Cl在评估有机污染物的大气归趋方面起着比以往更为重要的作用。含有NH_x(x=1,2)结构的有机化合物不仅是大气中一类潜在的有机污染物,也是大气中致癌性亚硝胺的前驱体—N中心自由基的重要来源。前人研究发现,·Cl与含有NH_x(x=1,2)结构的有机化合物具有独特的相互作用且其反应具有结构依赖性。目前,大多数研究只关注链状含有NH_x(x=1,2)结构有机化合物的反应,而对于环状含有NH结构有机化合物的反应研究却很少。本研究使用量子化学和动力学模拟相结合的方法研究·Cl引发3种环状含有NH结构有机化合物(吗啉(MOR)、哌啶(PIP)和吡咯烷(PYR))的大气转化机制及动力学。结果发现,·Cl夺取3种环状含有NH结构有机化合物中N—H的H原子形成N中心自由基是最可行的反应路径。在298 K和1 atm下,计算的反应速率常数分别为5.0!10-10(MOR)、5.1!10-10(PIP)和4.9!10-10(PYR) cm~3·molecule-1·s-1,且具有正的温度依附性。结合可获得的·OH引发反应的反应速率常数,评估·Cl对MOR和PIP转化的贡献分别为·OH的2.6%～26%和6.9%～69%。上述研究结果为将来建立·Cl引发含有NH_x(x=1,2)结构有机化合物反应的结构-活性关系、全面评估含有NH_x(x=1,2)结构有机化合物的大气归趋和环境风险提供数据支持。     

水中铁(Ⅲ)-草酸盐配合物光解产生羟基自由基的测定

对铁 (Ⅲ ) 草酸盐配合物光解过程中产生的·OH进行了气相色谱法间接测定 在pH =3 5 ,异丙醇浓度为 1mmol·l- 1的条件下 ,经过 1 2 5W高压汞灯 (λ≥ 31 3nm)光照 80min ,Fe(Ⅲ ) /草酸盐配比为 9 3/1 2 0 7μmol·l- 1的水溶液中 ,·OH的生成量为6 5 9μmol·l- 1,·OH生成反应符合表观零级反应动力学模式 ,其生成速率为 0 72 6μmol·l- 1·min- 1.同时蜒究了溶液pH值、Fe(Ⅲ ) /草酸盐配比对·OH生成量的影响 .