促进高锰酸盐降解水中新兴污染物的效能与机制研究

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近年来,随着检测技术的进步,新兴污染物在地表水、地下水还有污水厂排水中的普遍检出,由于污水处理厂的传统生物处理工艺难以有效去除水体中的新兴污染物导致其排入环境中致使环境水体受到污染,研究人员们开始关注去除新兴污染物的深度处理技术。物理吸附、膜处理工艺、臭氧、高级氧化法还有高锰酸钾氧化等工艺都是去除新兴污染物的有效方法,其中高锰酸钾具有价格低廉、不易产生有毒副产物、在实际水体中处理效果好等优点,虽然氧化能力相对高级氧化等技术较弱,但是通过投加可促进高锰酸钾氧化的物质等方法可以解决这一问题。研究主要从有机物和无机物两个方面提出促进高锰酸钾氧化新兴污染物的新方法以扩充促进高锰酸钾氧化的相关体系。有机物促进高锰酸钾氧化方面,以苯胺和双酚A作为代表考察了高锰酸钾在同时含有胺基基团和酚基基团新兴污染物的水体中的处理效果,研究考察了苯胺和双酚A的浓度以及p H的影响作用,并对其机理进行了推理。高锰酸钾单独降解苯胺的实验中,在p H5条件下高锰酸钾浓度为50μM时,苯胺的降解速率在2-50μM范围内先升后降,并在初始浓度为20μM时效率最高,表明高锰酸钾氧化苯胺时产生的物质对这一反应具有促进作用。高锰酸钾同时降解苯胺和双酚A时,在p H5条件下,双酚A为5μM时,苯胺的反应速率随其浓度先升后降并在10μM时效率最高,双酚A的降解速率与苯胺的浓度成正比,在50μM效率最高;当固定苯胺为5μM时,苯胺和双酚A的降解速率随双酚A浓度升高而降低,这一结果说明苯胺可促进高锰酸钾对本身和双酚A的降解,而双酚A起抑制作用。p H实验结果是在p H4-9的范围内苯胺的降解速率逐渐降低,双酚A的降解速率先下降后上升。通过紫外分光光度计检测以及甲基苯基亚砜作为化学探针的实验结果推测苯胺促进高锰酸钾氧化双酚A的机理是由于反应过程中产生了二氧化锰。通过考察高锰酸钾处理酚类和胺类混合液的效果发现苯胺可促进高锰酸钾氧化含酚基基团的新兴污染物,而双酚A则没有这一能力。在无机物促进高锰酸钾氧化新兴污染物方面,探究了四氧化三钴促进高锰酸钾氧化保泰松或磺吡酮时四氧化三钴浓度还有p H对降解效率的影响。p H7条件下,高锰酸钾浓度为50μM,保泰松或磺吡酮浓度为5μM时,四氧化三钴的投加量在小于1.0 g/L范围内浓度越高有机物的降解效果越好,当四氧化三钴的浓度达到0.5g/L以上时,两种有机物基本完全降解,四氧化三钴明显促进了高锰酸钾对保泰松和磺吡酮的氧化,而且其浓度和反应速率常数呈线性关系。在p H5-9的范围内四氧化三钴均促进了高锰酸钾对保泰松和磺吡酮的降解,并且随p H的增加降解速率降低。研究采用液相色谱质谱检测的产物推测了四氧化三钴存在时高锰酸钾氧化保泰松和磺吡酮的反应路径,反应过程中高锰酸钾通过[3+2]加成与保泰松和磺吡酮反应,胺基也是主要反应位点。荧光检测仪检测降解过程中发光细菌的发光强度增强说明反应过程中保泰松和磺吡酮的生物毒性均显著降低,表明四氧化三钴催化高锰酸钾氧化保泰松和磺吡酮的技术是对环境有益的。研究证明了苯胺可促进高锰酸钾氧化酚类新兴有机物,四氧化三钴可促进高锰酸钾氧化保泰松和磺吡酮。
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