微波无极紫外光降解气态甲苯的试验研究

采用微波无极紫外光降解甲苯气体,研究了加水量、甲苯添加量(初始浓度)、微波输入功率对甲苯光降解效率的影响,并对甲苯光降解反应动力学及中间产物进行了初步探讨。试验结果表明:随着微波输入功率的增加,甲苯去除率逐渐增加;随着甲苯初始浓度的增加,甲苯去除率逐渐降低;在一定范围内,随着加水量的增加,甲苯去除率增加;甲苯光降解反应过程符合一级动力学模型;甲苯光降解反应的中间产物主要有苯甲醛、苯酚、苯甲醇。     

UV254nm+185nm光照降解气态甲苯的实验研究

研究了波长为254nm+185nm紫外光照射下,甲苯初始浓度、停留时间、相对湿度、O2浓度等因素对甲苯光降解效率的影响.通过定量UV254nm+185nm光照下体系中O3的产生浓度变化,以及降解过程中中间产物苯和苯甲醛的变化趋势,讨论了甲苯在UV254nm+185nm照射下降解机理.结果表明,甲苯去除率随着O2含量、停留时间的增加而升高;随着初始浓度的增加而降低.与湿度的关系为先急剧升高然后缓慢增加,而后降低,最佳相对湿度在40%~50%.当甲苯初始浓度为16.1mg/m3,O2含量为20%,相对湿度为40%时,体系对甲苯的降解效率为82.2%,降解速率为0.44mg/(m3·s),产生的O3浓度为131.13mg/m3,中间产物苯和苯甲醛的浓度分别为0.086,0.135mg/m3.在反应体系中,甲苯可吸收185nm波长紫外光直接降解,但主要被体系中产生的自由基氧化降解.     

氨与甲苯SOA形成含氮有机物的影响因素研究

利用自制的烟雾腔系统使臭氧光解产生OH自由基,启动甲苯光氧化产生二次有机气溶胶（SOA）粒子,在不同的实验条件下研究甲苯SOA与氨反应形成的含氮有机物,并采用紫外-可见分光光度计测量反应产物溶液在205和270nm处的吸光度,探究光照时间、甲苯、氨、臭氧浓度和相对湿度等环境因素对含氮有机物形成的影响规律.结果表明,有机酸铵和咪唑类产物的生成浓度随着紫外光照时间的延长,甲苯、氨和臭氧的浓度的增加而逐渐增大.但是当臭氧浓度超过一定值后,光解生成的高浓度OH自由基能够使甲苯光氧化产物变成更多的挥发性化合物,从而不利于含氮有机物的生成.水分子的增加会使臭氧光解产生的OH自由基浓度减少,从而导致有机酸铵和咪唑类产物的生成浓度随着相对湿度的增大而降低.这为研究人为源SOA颗粒中含氮有机物棕色碳的形成提供了实验依据.     

环境因素对气相甲苯光氧化反应机制的影响

以低压汞灯为光源,采用石英管连续流动态反应系统和特氟龙气袋静态反应系统,研究了环境因素〔RH(相对湿度)、温度、光照强度、有氧(空气)/无氧(氮气)气氛条件〕对低浓度(10~20 mg/L)气相甲苯光氧化过程的影响. 结果表明:①RH对甲苯光氧化反应影响显著. 干燥条件(RH为0%~5%)下甲苯光氧化去除率在8.3%~8.7%之间;当环境中有水蒸气存在(RH为20%)时,甲苯光氧化去除率降至6.5%~7.2%,其后光氧化去除率随着RH的进一步增加而逐渐增大,在RH为60%时达到最大值(9.4%~11.5%);但当RH继续增至80%时,去除率迅速降至4.4%~5.6%. ②甲苯光氧化去除率随着温度、光照强度的增加而提高. ③无论是干燥(RH为0%~5%)还是湿润(RH为60%)环境下,甲苯在有氧气氛下的去除率均高于无氧气氛;甲苯在有氧气氛下光氧化产物主要是苯和苯甲醛,在无氧气氛中的产物主要是苯. ④在干燥、有氧条件下,O(1D)应是甲苯光氧化的活性物种;在湿润、有氧条件下,甲苯的光氧化主要是通过·OH氧化降解;在无氧条件下,甲苯的光氧化主要是通过甲苯的直接光解完成.      

萘普生在氯消毒过程中的去除、转化与风险评价

药用活性化合物（PhACs）在氯消毒过程中生成消毒副产物的问题引起了广泛关注.以典型PhACs物质萘普生（NAP）为研究对象,考察各因素对游离氯与NAP反应的影响,探究NAP氯化机制并进行风险评估.结果表明,NAP氯化反应遵循一级反应动力学,NAP在氯化过程中的降解率和反应速率常数随着NAP初始浓度和氨根离子投加量的增加而降低,随着游离氯初始浓度的增加而增大,酸性条件下更有利于NAP的氯化反应.基于HPLC-MS/MS分析鉴定出5种含氯降解中间产物,并提出氯化NAP反应机制.ESCOAR风险预测和发光菌毒性分析表明氯化NAP过程中生成了毒性更高的中间产物,对饮用水安全可能构成潜在威胁.     

氯消毒中有机防晒剂BP9的去除转化与风险评价

对典型有机防晒剂二苯甲酮-9（BP9）在氯消毒过程中的氧化反应进行研究,考察BP9初始浓度、余氯初始浓度、溶液pH值和氨氮浓度对反应的影响,探究BP9氯氧化降解机理,评估其生态风险.结果表明,在BP9初始浓度5mg/L、余氯初始浓度5mg/L的条件下,90s内BP9去除率达到91.3%,符合准一级反应动力学.降解速率常数随着BP9初始浓度及氨氮浓度增加而减小,随余氯初始浓度增大而增大,中性条件下有利于BP9氯氧化反应.基于HPLC-MS/MS和GC-MS解析出7种中间产物,提出可能降解路径.发光细菌毒性分析和ECOSAR预测均表明,BP9氯氧化反应生成了比母物质毒性更高的中间产物,对饮用水水质安全造成潜在风险.     

TiO2电极光电催化氧化处理水体中的蒽

为了探究光电催化体系对水体中多环芳烃（PAHs）的降解效果,采用TiO₂电极在紫外光照射下进行了光电催化氧化处理多环芳烃——Ant（蒽）的研究.分别比较了光电催化（PEC）、光催化（PC）和电化学氧化（EC）体系对Ant的降解效果.并探究了电流密度、初始pH、初始ρ（Ant）和腐植酸（HA）等对Ant降解效果的影响;同时,采用伪一级动力学对降解反应速率进行了拟合分析并对中间产物的含量及Ant的降解机理进行了研究.结果表明:在相同电流密度和反应时间等条件下,PEC体系对Ant的降解率均高于PC和EO体系;电流密度对Ant降解影响不大,在电流密度为0.05 mA/cm2条件下,反应30 min后,Ant的降解率能达到98.5%,体系中中间产物有蒽酮（AT）、蒽醌（AQ）等物质,其浓度呈现先增加后降低的趋势;初始pH对中间产物AQ的生成影响较大;初始浓度对反应速率影响较大,初始浓度增加3倍,反应速率降低了近44%,但Ant的降解率相差不到1%;HA的存在使得Ant降解率降低了7.5%,反应速率降低了近83%.      

ILs-TiO2光催化性能及其降解含氰废水动力学研究

以低浓度模拟含氰废水为处理对象,研究了自制ILs-TiO2光催化剂的光催化活性,考察了含氰废水的初始浓度、光催化剂投加量、紫外光照强度等条件对降解效率的影响,并初步探讨了其反应动力学。结果表明,ILs-TiO2光催化剂对氰的光催化降解反应符合一级动力学方程,光催化降解速率随氰的初始浓度增加而降低,催化剂的最佳投加量为300 mg/L(以TiO2计),随着光照强度的增加,降解速率增高。     

常压和真空下CS2的光氧化反应

利用原位FTIR、XPS 和GC-MS等技术手段,研究了常温紫外光辐照下常压及真空状态中,CS₂的光氧化反应.结果表明,常压及真空状态下CS₂光氧化反应的产物均为COS、SO₂、CO 和 CO₂,反应均遵循表观一级反应动力学规律,但中间产物COS的浓度变化有较大的差异.常压下COS浓度先迅速增大,然后减少; 真空条件下COS浓度增加到常压下COS浓度的 1/10后基本持平,然后逐渐减小,整个变化趋势缓慢; 2种条件下CS₂的半衰期分别为31.6 s和39.8 s, 中间产物COS降解 98% 所需时间分别为 55 min和22 min.在相同的光照条件下,O₂浓度的增加有助于CS₂光氧化反应的进行.以CS₂光氧化中间产物COS为初始物的光氧化反应主要产物为CO₂和SO₂,后者可以进一步被氧化为SO2-4.适量增加O₂的浓度可以促进COS光氧化反应的进行,但O₂的浓度增加至一定程度后反应速率基本保持恒定.以上结论对揭示CS₂和COS的源和汇以及全球S物质循环具有重要价值.     

光助芬顿反应催化降解气体中甲苯

以甲苯作为挥发性有机污染物(VOCs)的代表,利用连续进气动态实验装置,研究光助芬顿反应降解气体中甲苯的作用.考察了芬顿试剂溶液初始p H、H2O2浓度、Fe2+浓度以及甲苯初始浓度对降解甲苯的影响,并利用在线质谱和色谱对产物进行了定性、定量分析.结果表明,紫外光照加快了羟基自由基的生成,显著提高了气体中甲苯的去除率;p H=3.0、H2O2浓度为20 mmol·L-1、Fe2+浓度为0.3 mmol·L-1的条件下,甲苯去除率最高;当甲苯初始浓度为260 mg·m-3时,去除率能够达到98%;光助芬顿反应催化降解气体中甲苯实验未检测到CO2之外的中间产物,CO2产率分析表明去除的甲苯全部转化为CO2.     

流态化TiO2光催化降解甲苯的实验

在自制的流化床反应器中,以实验室制备的TiO2/硅胶为催化剂,对甲苯、空气混合气进行光催化降解,探讨了初始浓度、紫外光强度、操作气速和床层高度等因素对甲苯降解率的影响。实验结果表明:在低浓度范围内(20~55mg/m3),甲苯降解率不随浓度变化,高达100%,但浓度进一步增加后降解率下降;甲苯降解率随紫外光强度的增加而提高,但提幅不大;甲苯初始浓度越低,维持最高降解率的时间越长;操作气速存在最佳值3·98cm/s,达到此值时降解效果最好;甲苯降解率随床层高度(静态高度)的增加而线性提高。     

碳气凝胶复合TiO_2光催化降解甲苯研究

制备了碳气凝胶复合二氧化钛光催化剂,并利用此复合催化剂对挥发性有机污染物甲苯进行了光催化降解研究,考察了甲苯初始浓度、相对湿度、紫外光能量对降解效率的影响。     

紫外活化过硫酸盐降解水中三氯蔗糖动力学和机制

以新兴污染物人工甜味剂三氯蔗糖（SUC）为对象,研究紫外活化过硫酸盐（UV/PS）对其的降解效果.考察UV光强、PS投加量、溶液初始pH值和阴离子浓度等因素的影响,解析UV/PS降解SUC过程中的降解产物并评估其生态毒性.结果表明,对比单一UV和单一PS,UV/PS降解SUC效果更为明显,SUC降解反应速率常数随光强、PS投加量增加而增大,中性条件更有利于SUC降解,背景离子NO₃^-和HCO₃^-对UV/PS降解SUC有一定的抑制作用,而Cl^-和SO₄^2-促进降解过程.基于高分辨质谱HRMS和GC-MS解析出16种中间产物,降解过程主要涉及羟基化、氧化和醚裂解等反应.发光细菌毒性实验和ECOSAR预测结果表明,UV/PS降解SUC过程中会产生毒性高于母物质的中间产物,对生态环境存在潜在威胁.     

低浓度甲苯的气相光催化降解研究

研究了较低浓度的甲苯在较短停留时间时(17s～83s)的光催化降解,考察了甲苯初始浓度、停留时间、湿度、光源和催化剂载体等因素的影响,并分析了光催化处理降解能力随甲苯负荷的变化.研究表明,在较短停留时间时,甲苯降解率随进口浓度的增大而下降,且停留时间越短,随进口浓度增大而下降的越快;在某一停留时间范围内,甲苯的降解近似遵循一级反应动力学,动力学常数随浓度的增大而增大;低浓度时甲苯的光催化降解受湿度影响较小;低压汞灯为光源时甲苯的光催化降解率显著高于黑光灯为光源时的降解率;涂覆在不锈钢网状上的光催化剂性能随载体目数的增加而提高,但不及涂覆在铝板上的光催化剂.     

UV/Cl工艺对三氯生的去除与降解机理研究

对UV/Cl高级氧化工艺降解水中广谱抗菌剂三氯生（TCS）进行研究,对比单一UV、单一Cl和UV/Cl工艺对TCS的去除效果.考察UV光强、余氯初始浓度、溶液pH值和氨氮浓度等因素对反应的影响,探究TCS在UV/Cl工艺中的降解机理,评估其生态风险.结果表明,与单一UV、单一Cl相比,TCS在UV/Cl工艺中降解效果较好,反应符合准一级反应动力学,降解速率常数随UV光强、余氯初始浓度增大而增大,随NH₄⁺-N浓度的增加而减小.基于HRMS Q-TOF解析出17种中间产物,提出了降解反应路径.发光细菌毒性分析和ECOSAR预测均表明,TCS在UV/Cl工艺中产生毒性较高的中间产物,随着反应的进行,产生了毒性较低的中间产物,生态环境风险得以减少.     

Enhanced debromination of 4-bromophenol by the UV/sulfite process: Efficiency and mechanism

Halogenated aromatic compounds have attracted increasing concerns due to their toxicity and persistency in the environment, and dehalogenation is one of the promising treatment and detoxification methods. Herein, we systematically studied the debromination efficiency and mechanism of para-bromophenol(4-BP) by a recently developed UV/sulfite process. 4-BP underwent rapid degradation with the kinetics accelerated with the increasing sulfite concentration, pH(6.1–10) and temperature, whereas inhibited by dissolved oxygen and organic solvents. The apparent activation energy was estimated to be 27.8 kJ/mol. The degradation mechanism and pathways of 4-BP were explored by employing N_2O and nitrate as the electron scavengers and liquid chromatography/mass spectrometry to identify the intermediates. 4-BP degradation proceeded via at least two pathways including direct photolysis and hydrated electron-induced debromination. The contributions of both pathways were distinguished by quantifying the quantum yields of 4-BP via direct photolysis and hydrated electron production in the system. 4-BP could be readily completely debrominated with all the substituted Br released as Br-, and the degradation pathways were also proposed. This study would shed new light on the efficient dehalogenation of brominated aromatics by using the UV/sulfite process.     

氯化钙种子气溶胶对甲苯二次有机气溶胶与氨形成含氮有机物的影响

苯系物光氧化反应形成的二次有机气溶胶(SOA)是大气细粒子的重要组成部分.SOA羧酸和二元醛组分能与氨反应形成有机酸铵和咪唑类含氮有机物,它们能够吸收205 nm和270 nm的紫外辐射,是棕色碳的主要组分.氯化钙等无机种子气溶胶具有较大的比表面积,可为气相羰基化合物和氨提供凝结与反应载体,从而影响含氮有机物的形成.基于此,本文利用烟雾腔研究氯化钙种子气溶胶存在时甲苯SOA与氨的反应,采用紫外-可见分光光度计测量产物溶液在205 nm和270 nm处的吸光度,并定性研究不同浓度、湿度和酸度的氯化钙种子气溶胶对含氮有机物形成的影响.结果表明:氯化钙种子气溶胶能够促进甲苯SOA含氮有机物的形成;含氮有机物的生成浓度随着氯化钙种子气溶胶浓度和pH值的增加而逐渐增大.但当氯化钙种子气溶胶为碱性时,OH~-会与凝结的有机酸发生酸碱中和反应并抑制二元醛化合物水合形成四醇产物,从而不利于含氮有机物的生成;水分子的增加占据了氯化钙种子气溶胶表面的吸附活性位点,氨被吸附和凝结的量减少,从而导致含氮有机物的生成浓度随着相对湿度的增大而降低.本研究可为人为源SOA棕色碳的形成机制和化学组成研究提供实验依据.