几种光化学体系中自由基的产生和测定

在人工光源照射下，以水杨酸为探针性物质，探讨了过氧化氢，二氧化钛，亚硝酸钠，硝酸钠和杂多酸盐等５种光化学体系中羟自由基的产生，并测定了羟自由基的稳态浓度。     

北京市郊区夏季臭氧重污染特征及生成效率

为研究北京郊区夏季O₃(臭氧)重污染过程特征及O₃生成的光化学敏感性,基于2016年夏季在北京郊区开展的针对O₃及其相关污染物的强化观测试验(7月23日—8月31日,共计40 d),分析了观测期间O₃浓度[以φ(O₃)计]变化特征、O₃重污染过程主控因素与O₃敏感性化学特征.结果表明:观测期间φ(O₃)超标时有发生,最大小时φ(O₃)为151.1×10-9,其中有15 d的φ(O₃)最大8 h滑动平均值(O₃-max-8h)超过了GB 3095—2012《环境空气质量标准》二级标准限值,占观测天数的37.5%;不同O₃重污染过程成因有所不同,城市烟羽传输的污染物对郊区O₃重污染过程影响显著(观测期间臭氧重污染过程:过程1,7月27—29日;过程3,8月9—11日;过程4,8月16日;过程5,8月21—24日),区域光化学污染对郊区O₃重污染过程也有贡献(观测期间O₃重污染过程2:8月4—6日);结合后向气流轨迹进一步辅助说明了不同重污染过程中O₃的来源不同.研究还发现,观测区域存在反“周末效应”现象,说明观测区域周末受人为影响较为明显;基于观测数据计算的OPE(O₃生成效率)分析了O₃光化学敏感性表明,在有OPE值的22 d内NO_x控制区和VOCs控制区出现的概率(41%)相等,即观测区域O₃对NO_x和VOCs均敏感;此外还发现,在O₃重污染过程中光化学敏感性会随其反应进程发生改变,由NO_x控制区逐渐转变为VOCs控制区.      

秦皇岛市区大气臭氧生成过程及前体物敏感性研究

O₃生成速率与前体物VOCs和NO_x之间的非线性关系,决定了明确当地的光化学属性是制定有效臭氧污染控制策略的重要前提.为掌握秦皇岛市O₃污染状况,探究秦皇岛市区O₃生成过程且明确秦皇岛市区臭氧生成与其前体物的敏感性关系,本研究对2015—2019年O₃污染状况进行了统计分析,并于2019年5月和9月分别选取天气晴朗的3 d对O₃生成过程及影响O₃生成的因子间的相互关系进行了研究,应用VOCs的OH消耗速率（L_OH）和臭氧生成潜势（OFP）评估了VOCs对O₃生成的贡献,并利用基于观测的箱化学模型对观测日期的O₃生成与前体物关系进行了敏感性计算.研究发现,秦皇岛市O₃污染天数自2015年后显著增加,2015—2019年间O₃月均浓度最大值发生在夏季6月份左右.5月和9月加强观测期间O₃日变化明显,呈单峰型,高值出现在12：00—18：00,大部分观测期间O₃浓度峰值与温度峰值同时出现.加强观测期间日O₃浓度最大值出现在5月24日为277 μg·m^-3.两个月份各类别VOCs浓度排序均为烷烃>炔烃>烯烃>芳烃.VOCs各类别中烯烃的OH自由基反应活性总量最大,烷烃和烯烃的臭氧生成潜势相当,其对O₃生成的贡献均较大.基于观测限制的箱模型对O₃生成的前体物敏感性计算表明,观测期间秦皇岛市区处于VOCs控制区,且O₃生成对烯烃的变化最为敏感.     

环境光化学反应装置（EPRE）的研究进展

本文从环境光化学学科的演进过程，概括性地论述了环境光化学反应装置消除环境水、气和植物中有毒有害物质的反应机理，建立起环境光化学反应装置的分类概念，描述了目前环境光化学反应装置的研究现状和工业化应用尚存在的的问题，展望了该领域光明的发展前景。     

有机分子选择性光化学传感器及其在环境分析中的应用

简要介绍了光化学传感器的基本结构。重点列举了为光化学传感器的发展作出重要贡献的一些有机分子选择性光化学传感器。讨论了这些传感器的设计思想和基本原理,以及它们在环境分析中的应用。     

化学发光分析法的进展

<正> 由化学反应提供能量而导致的光辐射现象称为化学发光(chemiluminescence,简称CL)。以化学发光为基础的分析方法具有设备简单、灵敏度高和线性响应范围宽等优点。CL 技术自上世纪下半叶问世,因受到当时光电设备技术的限制发展缓慢,到了六十年代以后,一方面由于电子现代技术和高灵敏的光电传感器的发展,提供了许多研究和测量化学发光的新手段;     

冰中和水中四环素光降解动力学及其影响因素的比较

冰雪是一类重要且普遍的环境介质,而冰雪环境光化学是一门新兴的学科.在相同光照条件下比较冰中和水中有机污染物的光化学行为,有助于揭示冰雪光化学与水环境光化学之间的异同.本文以四环素（TC）为模型化合物,比较了模拟日光（λ>290 nm）照射下不同水体冰相和水相中TC的光降解动力学,研究了不同相中溶解性物质（腐殖酸（HA）、Cl^-、NO₃^-和Fe（III））对光降解的影响及作用机制,以揭示冰雪环境光化学和水环境光化学的异同.结果表明,冰中和水中TC光解遵循准一级反应动力学,纯水冰中表观光解量子产率为4.76×10^-3,高于纯水中表观光解量子产率（3.85×10^-3）.在不同水体中,冰相TC的光解快慢顺序为海水冰中 > 淡水冰中 > 纯水冰中,而在水相中光解快慢顺序与冰相不同,为淡水中 > 海水中 > 纯水中.通过考察主要溶解性物质对冰/水中TC光降解动力学的影响发现,无论是在冰相还是水相,Cl^-、HA、NO₃^-和Fe（III）均加快了TC的光降解,且促进作用随浓度的升高而增强.但在水相与冰相中每个因素促进的程度却存在差异,相对于水环境,冰中HA、NO₃^-、Fe（III）敏化作用较大,对TC光降解的促进作用较强;而冰中Cl^-对TC光解的促进作用较水相中弱.这些溶解性物质对TC光解的促进作用能够解释海水冰、淡水冰与海水、淡水中TC相对于纯水冰相/水相具有较强的光降解能力.进一步地,将实验数据外推到实际环境,在35°~50°N地区的仲冬季,冰雪表面和水体表层TC光化学降解的半减期分别为15.4~38.9 min和19.0~48.0 min,其不仅依赖于光解发生的纬度与季节,还受到反应基质（冰/水）的影响.以上结果揭示了冰中和水中TC光化学转化行为的异同,这对于准确评价寒冷环境中此类新型污染物的归趋具有重要意义.     

几种难降解有机废水的光化学处理研究

采用日光和中压汞灯为光源,分别在充空气、加入Ｈ２Ｏ２或ＴｉＯ２等半导体催化剂条件下,对几种难降解的有机废水进行了光化学处理研究。结果表明：石化和焦化废水中挥发酚,油和ＣＯＤ的去除率分别为８６．３％－１００％,３９．８％－９７．８％,２６．４％－６０％,几种偶氮染料水溶液的脱色率、ＣＯＤ去除率分别为８０．０％－１００％,４８．０％－７５．０％,还测定了苯酚的降解产物,讨论了影响光解的要素和苯酚的降解     

大气光化学反应高发季节NO、NO2和O3污染特征

文章通过对广州番禺大气成分站(GPACS)2010-2016年的历史观测数据进行分析,结果表明,2013年广州地区光化学高臭氧事件发生次数最多,且均发生在夏秋季。2013年日O_3最大均值和日均值在10月最大,分别为103.02×10~(-9)和53.81×10~(-9)。NO和NO_2浓度在7月最大,日均浓度分别为5.90×10~(-9)和16.03×10~(-9),7月NO对O_3化学滴定最明显。夏秋季O_3峰值出现时间较晚,在18:00左右。O_3浓度随着NO_2/NO比值升高而升高。选取夏季NO、NO_2、O_3与NO_x进行非线性拟合,发现当NO_x浓度19.35×10~(-9)或者87.71×10~(-9)时,O_3为光化学氧化剂O_x的主体;当NO_x浓度19.35×10~(-9)而87.71×10~(-9)时,NO_2为光化学氧化剂O_x的主体。秋季大量的气溶胶污染对辐射进行衰减,导致O_3生成在较低辐射范围内主要处于太阳辐射控制区。夏秋季的风速整体较小,有利于污染物的积累。     

Investigation of the effects of humic acid and H2O2 on the photocatalytic degradation of atrazine assisted by microwave

A solution of atrazine in a TiO₂ suspension, an endocrine disruptor in natural water, was tentatively treated by microwave-assisted photocatalytic technique. The effects of mannitol, oxygen, humic acid, and hydrogen dioxide on the photodegradation rate were explored. The results could be deduced as follows: the photocatalytic degradation of atrazine fits the pseudo-first-order kinetic well with k = 0.0328 s⁻¹, and ·OH was identified as the dominant reactant. Photodegradation of atrazine was hindered in the presence of humic acid, and the retardation effect increased as the concentration of humic acid increased. H₂O₂ displayed a significant negative influence on atrazine photocatalysis efficiency. Based on intermediates identified with gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) and Liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS/MS) techniques, the main degradation routes of atrazine are proposed.     

Effect of copper on the degradation of pesticides cypermethrin and cyhalothrin

The influence of coexisting copper (Cu) ion on the degradation of pesticides pyrethroid cypermethrin and cyhalothrin in soil and photodegradation in water system were studied.Serial concentrations of the pesticides with the addition of copper ion were spiked in the soil and incubated for a regular period of time,the analysis of the extracts from the soil was carried out using gas chromatography (GC).The photodegradation of pyrethroids in water system was conducted under UV irradiation.The effect of Cu~(2 ) on the pesticides degradation was measured with half life (t_(0.5)) of degradation.It was found that a negative correlation between the degradation of the pyrethroid pesticides in soil and Cu addition was observed.But Cu~(2 ) could accelerate photodegradation of the pyrethroids in water.The t_(0.5) for cyhalothrin extended from 6.7 to 6.8 d while for cypermethrin extended from 8.1 to 10.9 d with the presence of copper ion in soil.As for photodegradation,t_(0.5) for cyhalothrin reduced from 173.3 to 115.5 rain and for cypermethrin from 115.5 to 99.0 min.The results suggested that copper influenced the degradation of the pesticides in soil by affecting the activity of microorganisms.However, it had catalyst tendency for photodegradation in water system.The difference for the degradation efficiency of pyrethroid isomers in soil was also observed.Copper could obviously accelerate the degradation of some special isomers.     

低频无极灯降解偶氮染料酸性橙7

以40 W的新型低频感应无极灯(LFEL)作为反应光源,研究了其对于水中难生化降解偶氮染料酸性橙7(AO7)的降解效果.通过专用浸没式反应器研究了这种新型光源降解AO7的有效实验参数,并与传统汞灯光源做了降解AO7的实验对比,用GC-MS检测了主要降解产物小分子,探讨了LEEL对AO7的降解机制及反应活性物质(ROS).结果表明,LFEL对于水中的AO7染料具有较好的降解效果和较高的矿化率,在浸没式反应器中曝气量2 m3·min-1,AO7浓度为20 mg·L-1(7 L)在4 h的反应后能达到94.1%的降解率,而其降解能耗远低于传统汞灯光源.降解贡献来自于两个方面:直接吸收降解和间接通过活性物质(ROS)氧化作用.氧气是ROS的重要来源,加大曝气量会提高降解效率,反应过程中有臭氧的生成.添加淬灭剂显示,·OH对降解反应几乎无贡献,1O2和O2·-则是反应的主要活性物质.     

基于g-C3 N4研究环境中甲氧苄啶的光降解行为及其毒性

为研究残留抗生素在不同环境介质中的可见光降解行为特征,借助非金属和生物相容的石墨相氮化碳（g-C₃N₄）构建恒温恒湿和快速模拟可见光降解的实验环境,考察甲氧苄啶（TMP）进入不同环境（水、大气颗粒物和土壤）中的光降解过程与机制,并深入探讨TMP降解前后毒性变化规律.结果表明,用氙灯模拟太阳光和g-C₃N₄共存下,水、大气颗粒物和土壤中TMP经光照3 h后降解率分别为89.2%、35.8%和16.9%,同时发现参与水体TMP光降解的主要活性物质是·OH,而在大气颗粒物和土壤介质中光降解过程主要受·O₂^-控制.与大气颗粒物、土壤相比,水中TMP光解后可生成较为稳定的羰基化中间产物（m/z,305）,水生毒性试验结果表明TMP光解产物对斜生栅藻表现出较原药更强的毒性,可显著抑制藻细胞生长率、叶绿素a和b的含量,并引起细胞氧化应激.     

淋土式介质阻挡放电等离子体修复阿特拉津污染土壤

介绍了淋土式介质阻挡放电等离子体修复阿特拉津污染土壤的方法,探究了土壤特性及等离子体发生参数对阿特拉津降解效果的影响并对中间产物进行检测与分析。结果表明:增加电压和频率有利于提高阿特拉津降解率,降低能量效率;增加初始浓度会导致降解率下降,能量效率上升;而增加土壤粒径或降低pH则导致降解率和能量效率下降;含水率增加使得降解率和能量效率先增后减。在峰-峰值36 kV,电源频率为200 Hz, pH=7.03条件下,60~80目的10 mg/kg阿特拉津污染干土经过50 s放电后阿特拉津降解率为70.95%,能量效率为0.014 mg/kJ。利用液相色谱质谱联用对中间产物进行测定,发现产物主要为脱烷基、脱氯和酮或醛等类阿特拉津产物,未检测到低聚物的生成。由于低温等离子体在土壤颗粒周围产生,使得臭氧和·OH等短寿命活性物种共同参与污染物降解过程,使得反应器降解效果得到增强。     

Cu循环催化羟胺与氧气反应降解甲基橙

为研究Cu/O₂/HA(HA为盐酸羟胺)体系的氧化能力,以MO(甲基橙)为目标物,对该体系生成·OH(羟基自由基)的过程及机理进行了探讨,并分别考察了HA投加量(以c计)、pH、Cu(Ⅱ)投加量(以c计)和O₂通量对MO降解的影响. 结果表明:Cu能够有效催化HA与O₂的反应,生成大量H₂O₂,并进一步生成·OH,有效降解MO. HA投加量越高,MO降解率越高,但过高的HA投加量在初始阶段会对MO的降解形成抑制,最佳HA投加量为3 mmol/L;受到HA质子化的影响,反应的最适pH约为5.5;由于Cu(OH)₂不利于催化HA与O₂的反应,最佳Cu(Ⅱ)投加量为20 μmol/L;O₂通量对MO的降解影响较小,最佳O₂通量为0.15 L/min;Cu/O₂/HA体系降解MO的初始阶段符合一级动力学模型. 研究显示,Cu/O₂/HA体系具有良好的氧化能力,能够有效降解水中的MO,最佳反应条件下MO降解率达86.5%.      

Effect of dye-metal complexation on photocatalytic decomposition of the dyes on TiO2 under visible irradiation

The photocatalytic degradation of dyes (Acid Chrome Blue K (ACBK) and Alizarin Red (AR)) with strong complexation ability was investigated in the presence of metal ions under visible light irradiation.It was found that, at low dye-metal ratio, the photodegradation of ACBK was markedly inhibited by the addition of high oxidative potential Cu2+.However, at high dye-metal ratio, the presence of Cu2+ enhanced the photodegradation of ACBK.The negtive effect of Cu2+ on the photodegradation of AR was observed for all dye-metal ratios.The relative chemical inert Zn2+ tended to enhance the photodegradation of both anionic dyes.The mechanism underlying the different effect of Cu2+ is discussed from the different roles of surface-adsorbed and dye-coordinated Cu2+ in the photodegradation of dyes.     

可见光激发下模拟海水中四环素光降解的机制和路径

为了探明海水体系中多相光催化降解污染物的机制和路径,研究了在可见光激发下不同介孔TiO₂光催化降解纯水和模拟海水中四环素(TC)的过程,明确了不同盐离子对光催化降解过程的影响.结合自由基捕获实验,电子自旋共振(ESR)光谱和中间产物分析研究了光降解污染物的主要活性物种和模拟海水中TC降解途径.结果表明,模拟海水中TC光催化过程会受到显著抑制,手性介孔TiO₂催化剂对TC光降解反应速率相比其在纯水体系降低了70%左右,而非手性TiO₂光催化剂在海水体系中几乎不能降解TC.模拟海水中阴离子对光降解过程影响较小,但Mg²⁺和Ca²⁺存在会显著抑制光催化过程.无论在纯水还是模拟海水中,可见光激发后催化剂产生的活性物种都是空穴为主,因此模拟海水中降解路径与纯水体系中相同.盐离子不会抑制活性物种的产生,但Mg²⁺和Ca²⁺会富集在TC分子中电负性强的原子周边,阻碍空穴等对TC分子中电负性强原子的攻击,从而抑制了光催化降解效率.     

不同源胡敏酸对磺胺嘧啶紫外光降解的影响及作用机制

研究了紫外光照条件下不同来源的胡敏酸（HA）,包括标准品胡敏酸（SPHA）、水稻土胡敏酸（SDHA）、泥炭土胡敏酸（NTHA）和落叶覆盖地胡敏酸（LYHA）对抗生素磺胺嘧啶（SDZ）光降解的影响以及主要活性物种对其光降解效能的贡献.结果表明：SDZ在纯水中及与HA共存条件下,其光降解过程均符合一级动力学模型,且HA对SDZ的光降解具有促进作用,其促进效果从大到小为SPHA > SDHA > NTHA > LYHA.通过羟基自由基（·OH）和单线态氧（¹O₂）淬灭实验发现,不同来源HA产生·OH和¹O₂的能力具有一定差异性.同等背景条件下,SPHA产生的·OH量相对较多,其对SDZ光降解的贡献率（26.97%）最大,而LYHA贡献相对较小（9.33%）.同时,¹O₂对SDZ光降解起主导作用,其降解贡献率为41.33%~51.95%.     

F-对弱吸附间苯二酚光催化降解效率的提升:游离·OH的作用

传统的光催化降解机制认为是光激发产生的氧化活性物质优先对吸附在催化剂表面的污染物分子进行降解,因此,弱吸附性有机物难以接触到光催化剂并发生降解.为探究提升弱吸附有机物光催化降解的机理,本文构建了一个高暴露{001}晶面TiO_2({001}-TiO_2)降解弱吸附间苯二酚(RE)的光催化体系.实验结果表明,所制备的{001}-TiO_2具有强亲水性,并能提供大量的F~-吸附位点.RE在{001}-TiO_2表面的吸附能力很弱,并且光催化降解效果很差.F~-的加入可使RE的光催化降解速率提升近3倍.通过自由基猝灭实验发现,RE的降解主要取决于溶液中游离羟基自由基(·OH)的作用,由于F~-能与{001}-TiO_2亲水表面的羟基及·OH形成强烈的竞争吸附,从而使·OH游离到溶液中氧化降解RE.EPR测试进一步证实了F~-不仅可以促使TiO_2产生更多的游离·OH,同时也能激发产生更多超氧自由基(·O~-_2),推测·O~-_2主要由有效分离的光生电子与O_2或·OH反应生成.综上,本研究明确了游离·OH对弱吸附RE的光催化降解效率起决定作用,F~-促使游离自由基产生的机制可为弱吸附有机污染物的降解提供新思路.