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水环境中的难降解、高毒性污染物对生态平衡与人体健康存在巨大危害。在众多处理技术中,高级还原技术因具有较高的选择性并能有效实现污染物的脱毒而被认为是较有前景的方法之一。水合电子(eaq-)是目前已知最强的还原物种之一,基于eaq-强还原特性的紫外/亚硫酸盐体系效能较高且环境友好,但目前尚未见该体系处理卤代芳香物及重金属的报道。本研究分别选择持久性有机污染物溴代芳香物和高毒性六价铬[Cr(Ⅵ)]为目标污染物,从性能和机理两方面系统研究了该体系降解污染物的规律。 本论文主要研究内容与结果如下: (1)与直接光解相比,紫外/亚硫酸盐体系能有效促进对溴酚的降解,其降解规律符合假一级动力学模型。从动力学角度考察不同影响因素(pH值、温度、亚硫酸盐投量、有机溶剂、溶解氧)对该体系降解对溴酚的影响。研究发现:对溴酚的降解速率随着pH(6.1-10)、温度和亚硫酸盐投量的增加而加快;而溶解氧与有机溶剂则对其表现出明显的抑制作用,该体系的表观活化能Eaapp=27.8kJ·mol-1。 论文从活性物种定性鉴定与产物分析的角度探讨了该体系降解对溴酚的机理与路径。其中,活性物种主要是通过添加不同淬灭剂及对比各自抑制效果来鉴定;高效液相色谱-质谱联用(HPLC-MS)被用于确定直接光解及紫外/亚硫酸盐体系降解对溴酚的产物,并以此为依据推测降解路径。结果表明:对溴酚的降解路径主要有两种:直接光解与eaq-诱导脱溴。直接光解主要产生醌类物质,而eaq-进攻可产生有机自由基,后者可经重排反应产生脂肪族产物。此外,通过对2,4,6-三溴酚降解产物的检测初步探讨了eaq-的脱溴选择性。2,4,6-三溴酚被eaq-还原脱溴的主要途径为:2,4,6-三溴酚的邻位溴被eaq-进攻后生成2,4-二溴酚,2,4-二溴酚可经对位脱溴生成邻溴酚。 (2)紫外/亚硫酸盐体系能在碱性条件下有效还原Cr(Ⅵ),其还原过程符合零级动力学模型。考察不同因素(pH值、亚硫酸盐投量、Cr(Ⅵ)初始浓度、水质本底等)对该体系还原Cr(Ⅵ)的影响。结果表明:Cr(Ⅵ)的还原速率随着pH(5-10)与Cr(Ⅵ)初始浓度的增加而减慢,随着亚硫酸盐投量的增加而加快。共存的氯离子、硫酸根离子与乙二胺四乙酸(EDTA)对Cr(Ⅵ)的还原速率基本不影响,柠檬酸与腐殖酸能明显促进Cr(Ⅵ)的还原,而硼酸缓冲液与溶解氧抑制Cr(Ⅵ)的还原。在硼酸背景溶液中,该体系虽然可实现Cr(Ⅵ)的有效还原,但总铬去除效果不佳;少量的钙离子可显著促进Cr(Ⅲ)的沉淀。无论水中是否存在钙离子,沉淀物均呈无定形状态,且铬均以氧化物及氢氧化物形式存在。 为进一步研究紫外/亚硫酸盐体系在碱性条件下还原Cr(Ⅵ)的机理,滤光实验、透光实验以及添加淬灭剂被用于反应活性物种的鉴定。研究发现:在碱性条件下,亚硫酸盐的激发是还原Cr(Ⅵ)的必要条件,而铬酸盐的激发对Cr(Ⅵ)的还原没有明显影响,eaq-是该体系还原Cr(Ⅵ)的主要活性物种。 紫外/亚硫酸盐体系具有还原效率高、环境友好等特点,且能有效地对持久性有机溴代芳香物和碱性条件下难去除的Cr(Ⅵ)进行脱毒,为无害化处理溴代芳香物与Cr(Ⅵ)提供了新的技术参考。