水体中典型有机污染物的光催化降解动力学及降解机理研究

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水体中有机污染物是一类环境中普遍存在的污染物,大多具有残留期长,生物积累性强,高毒性等特征,通过食物链富集,从而严重危害生态和人类的健康。因此,寻求一系列对水体中有机污染物的有效去除方法是势在必行的事情。目前,一些新兴的有机污染物如环境药物和内分泌干扰物现已受到人们的广泛关注。然而关于二氧化钛光催化降解该机物的研究大多都集中降解动力学的研究。而且在研究此类毒害新兴污染物的降解动力学的时候大多采用单因素动力学的方法,不但实验比较耗时,而且忽略了因素之间的交互作用,因此不能很好的得到最优的污染物去除效果。一种化学统计法实验设计方法,如中心复合实验设计能克服以上单因素实验优化的缺点。本论文选取了内分泌干扰物(邻苯二甲酸二甲酯)和两种抗病毒药物(拉米夫定、阿昔洛韦)为研究对象,分别利用单因素实验和中心复合实验方法对其降解和矿化动力学进行了研究。得到以下结论:(1)悬浮态二氧化钛光催化可以很好降解水体中100μM L-1邻苯二甲酸二甲酯(100μM L-1),降解半衰期为35.9min。对降解过程中ecb-,hvb+ ,·OH ,O2·-和H2O2等五种活性物种的贡献研究表明,?OH为主要的活性物种,其对DMP的降解贡献高于95%,其它活性物种(ecb-,hvb+,O2·-和H2O2)对光催化贡献较小。(2)对拉米夫定的降解分别进行单因素动力学优化和中心复合实验优化表明,单因素实验比较费时且不能很好地得到最优的光催化降解过程,而中心复合实验可以很好的优化和评价光催化降解过程。我们得到最优的拉米夫定去除条件为:二氧化钛浓度为1 g L-1,pH6.7为和拉米夫定浓度为60μM L-1。利用LC/MS/MS,我们检测到了6个中间产物,并结合理论计算的结果,提出拉米夫定光催化降解可能的途径,光生空穴的氧化和羟基自由基的加成是主要的降解途径。并且药物本身及其降解中间产物最终被矿化为二氧化碳和水,及其他无机离子(NH3/NH4+, NO3-, SO42-)。(3)通过中心复合实验设计,我们建立了阿昔洛韦光催化降解和矿化的模型,并对模型进行准确性检验,得知两模型分别可以很好地描述阿昔洛韦降解和矿化过程。并利用降解和矿化模型,我们得到了阿昔洛韦光催化降解和矿化的最优条件为阿昔洛韦浓度为50μmol L-1,二氧化钛浓度0.5g L-1, pH为6.37和光强为2.0 mW cm (-2)。最后,根据阿昔洛韦光催化降解的7个中间产物并结合理论计算结果,提出了阿昔洛韦光催化降解的可能途径,光生空穴的氧化和羟基自由基的加成是其降解主要的途径。
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