碘离子在热活化过硫酸盐高级氧化过程中转化
基于硫酸根自由基（SO4-·）的高级氧化技术是近年来用于降解有机污染物的一项新型技术，SO4-·的强氧化性，在处理有机质含量较高的天然水体时，会同时将体系中存在的卤素离子转化为活性卤，进而导致消毒副产物的产生。热活化是近年来活化产生SO4-·的研究热点。本实验采用热活化过硫酸盐（PS）产生SO4-·的方式探索了含有碘离子（I-）的氧化过程。研究表明， SO4-·迅速氧化I-进攻苯酚生成2-I-phenol、4-I-phenol、2,4,6-I-phenol为主的碘代中间产物，进而生成碘乙酸及碘仿为主的碘代消毒副产物（I-DBPs）。根据以上结果，我们推测了I-在SO4-·氧化过程中的转化规律。同时研究了温度、PS浓度对I-phenol生成，温度对I-DBPs生成的影响。本实验为进一步分析过硫酸盐高级氧化技术在污染控制方面的应用可行性提供依据，部分实验现象有待进一步研究。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
绪论1
1材料与方法2
1.1实验材料与试剂
1.1.1实验材料
1.1.2试剂的配制
1.2实验设计
1.2.1 DBPs的生成
1.2.2中间产物Iphenol的生成
1.2.3 phenol的变化
1.2.5 分析方法
2结果与分析4
2.1 IDBPs的生成
2.1.1 THMs的生成
2.1.2 HAAs的生成
2.2 phenol及Iphenol的变化
2.2.1 phenol的变化
2.2.1 Iphenol的生成
2.3 I在反应中的转化
3 结论 11
4 实验创新与不足11
4.1 实验创新之处
4.2 实验不足之处
致谢12
参考文献12
碘离子在热活化过硫酸盐高级氧化过程中转化
引言
绪论
随着科学技术的不断提高，人类活动日益频繁，大量污染物直接排入环境，导 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
致环境污染问题成为影响人类社会和经济发展的重要因素；其中，各类排放污水的复杂性也在不断增加。有机污染物以其排放量大、污染面广、难生物降解、化学耗氧量高的特性成为水环境污染治理的一个难点。传统的生化方法很难将含有有机污染物的污废水达标处理，造成严重的水环境污染[1]。
基于硫酸根自由基（SO4）的高级氧化技术是近年发展起来的处理含有难降解有机污染物废水的一项新型技术[2]。SO4的氧化还原电位（E0=2.5～3.1 V）较高，氧化能力较强，可降解基于OH的高级氧化技术不能降解的污染物；SO4较OH稳定时间长；在酸性、中性、碱性体系中，反应都能进行，适用范围广[3] [4]。SO4可以由加热分解、紫外光解和过渡金属（如Fe2+、Co2+、Ag+等）催化分解过硫酸盐等产生[5]。目前，加热分解和过渡金属催化是过硫酸盐活化技术方面的研究热点。加热活化过硫酸盐氧化技术主要是通过提高温度，提供键断裂所需的活化能，产生硫酸根自由基[6]。其操作简单、尤其适用于高温污废水处理。过渡金属催化过硫酸盐活化技术反应体系简单、条件比较温和、不需要外加热源和光源，因此受到广泛关注。
由于SO4具有较高氧化还原电位，它能与一些无机离子发生反应，包括CO32、NO3、Cl、Br等[7][9]。其中，SO4能够将卤离子氧化生成卤自由基（X、X2）、单质卤（X2）和次卤酸（HXO）等化学性质活泼的物质，这些物质能够与环境中多种有机物发生反应，生成二次污染物。活性卤能和天然有机质（NOM）反应，生成卤仿、卤代乙酸等具有“三致”特性的产物，这些卤代化合物即为饮用水消毒过程中的副产物（DBPs）[10][11]。
大部分DBPs具有致癌、致畸、致突变的“三致”效应，且对人体健康危害较大[12][15]。目前已经被证实的DBPs有600700种，包含三卤甲烷（THMs）、卤代乙酸（HAAs）、卤代乙腈（HANs）等。THMs类物质早在1976 年就被证实具有致癌作用，并可导致基因突变；部分研究表明，碘仿和碘乙酸的遗传毒性和细胞毒性要比溴类、氯类DBPs更高[16][28]。
由于DBPs的巨大危害性，大部分国家都对饮用水中的DBPs提出了标准，美国环保署规定饮用水中THMs和HAAs的最大允许量分别为60、80μg/L[17][19]。我国生活饮用水标准也对THMs和部分HAAs的最高浓度进行了规定，其中，三氯甲烷、三溴甲烷、二氯一溴甲烷、二溴一氯甲烷、二氯乙酸、三氯乙酸分别是60、100、60、100、50、100μg/L[20]。对于碘代DBPs，目前研究仅关注碘代三卤甲烷产生的不良气味和药物口感对饮用水的影响[21][27]。
由于碘离子（I）是水中常见的无机离子，NOM也是水中的常见物质。过硫酸盐高级氧化技术用于水处理时，极有可能将水中同时存在的I氧化，发生一系列反应生成碘自由基、次碘酸等活性物质，进而与水中的NOM反应生成DBPs。特别是我国部分内陆地区和沿海地区水源中碘污染较严重，I含量较高，远高于国外报道的类似水体中碘浓度水平，具有较高的碘代消毒副产物生成风险[28]。
目前关于碘代消毒副产物的研究主要集中在IDBPs的生成特性、毒理学研究、检测等方面，而关于反应过程中I的具体转化途径尚不明确。本文选用苯酚作为NOM的模型化合物，选用加热活化过硫酸盐高级氧化技术，深入研究在热活化过硫酸盐高级氧化过程中DBPs生成的生成途径和机制，以期为全面评价过硫酸盐高级氧化工艺在污染控制方面的应用可行性提供依据。
1 材料与方法
1．1 实验材料与试剂
1．1．1 实验材料
碘仿、一碘乙酸、二碘乙酸、三碘乙酸、1,2二溴丙烷、2碘苯酚、4碘苯酚、2,4,6碘苯酚购自SigmaAldrich公司；甲基叔丁基醚（MTBE）、甲醇购自Fisher公司，色谱纯；过硫酸钠（Na2S2O8）、碳酸氢钠（NaHCO3）、硫酸（H2SO4）、碘化钾（KI）、苯酚、磷酸二氢钾（KH2PO4）、氢氧化钠（NaOH）等试剂购自阿拉丁公司，都为分析纯及以上级别。实验用水为MilliQ超纯水（Millipore, 18.35MΩ?cm1）和娃哈哈水。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
绪论1
1材料与方法2
1.1实验材料与试剂
1.1.1实验材料
1.1.2试剂的配制
1.2实验设计
1.2.1 DBPs的生成
1.2.2中间产物Iphenol的生成
1.2.3 phenol的变化
1.2.5 分析方法
2结果与分析4
2.1 IDBPs的生成
2.1.1 THMs的生成
2.1.2 HAAs的生成
2.2 phenol及Iphenol的变化
2.2.1 phenol的变化
2.2.1 Iphenol的生成
2.3 I在反应中的转化
3 结论 11
4 实验创新与不足11
4.1 实验创新之处
4.2 实验不足之处
致谢12
参考文献12
碘离子在热活化过硫酸盐高级氧化过程中转化
引言
绪论
随着科学技术的不断提高，人类活动日益频繁，大量污染物直接排入环境，导 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
致环境污染问题成为影响人类社会和经济发展的重要因素；其中，各类排放污水的复杂性也在不断增加。有机污染物以其排放量大、污染面广、难生物降解、化学耗氧量高的特性成为水环境污染治理的一个难点。传统的生化方法很难将含有有机污染物的污废水达标处理，造成严重的水环境污染[1]。
基于硫酸根自由基（SO4）的高级氧化技术是近年发展起来的处理含有难降解有机污染物废水的一项新型技术[2]。SO4的氧化还原电位（E0=2.5～3.1 V）较高，氧化能力较强，可降解基于OH的高级氧化技术不能降解的污染物；SO4较OH稳定时间长；在酸性、中性、碱性体系中，反应都能进行，适用范围广[3] [4]。SO4可以由加热分解、紫外光解和过渡金属（如Fe2+、Co2+、Ag+等）催化分解过硫酸盐等产生[5]。目前，加热分解和过渡金属催化是过硫酸盐活化技术方面的研究热点。加热活化过硫酸盐氧化技术主要是通过提高温度，提供键断裂所需的活化能，产生硫酸根自由基[6]。其操作简单、尤其适用于高温污废水处理。过渡金属催化过硫酸盐活化技术反应体系简单、条件比较温和、不需要外加热源和光源，因此受到广泛关注。
由于SO4具有较高氧化还原电位，它能与一些无机离子发生反应，包括CO32、NO3、Cl、Br等[7][9]。其中，SO4能够将卤离子氧化生成卤自由基（X、X2）、单质卤（X2）和次卤酸（HXO）等化学性质活泼的物质，这些物质能够与环境中多种有机物发生反应，生成二次污染物。活性卤能和天然有机质（NOM）反应，生成卤仿、卤代乙酸等具有“三致”特性的产物，这些卤代化合物即为饮用水消毒过程中的副产物（DBPs）[10][11]。
大部分DBPs具有致癌、致畸、致突变的“三致”效应，且对人体健康危害较大[12][15]。目前已经被证实的DBPs有600700种，包含三卤甲烷（THMs）、卤代乙酸（HAAs）、卤代乙腈（HANs）等。THMs类物质早在1976 年就被证实具有致癌作用，并可导致基因突变；部分研究表明，碘仿和碘乙酸的遗传毒性和细胞毒性要比溴类、氯类DBPs更高[16][28]。
由于DBPs的巨大危害性，大部分国家都对饮用水中的DBPs提出了标准，美国环保署规定饮用水中THMs和HAAs的最大允许量分别为60、80μg/L[17][19]。我国生活饮用水标准也对THMs和部分HAAs的最高浓度进行了规定，其中，三氯甲烷、三溴甲烷、二氯一溴甲烷、二溴一氯甲烷、二氯乙酸、三氯乙酸分别是60、100、60、100、50、100μg/L[20]。对于碘代DBPs，目前研究仅关注碘代三卤甲烷产生的不良气味和药物口感对饮用水的影响[21][27]。
由于碘离子（I）是水中常见的无机离子，NOM也是水中的常见物质。过硫酸盐高级氧化技术用于水处理时，极有可能将水中同时存在的I氧化，发生一系列反应生成碘自由基、次碘酸等活性物质，进而与水中的NOM反应生成DBPs。特别是我国部分内陆地区和沿海地区水源中碘污染较严重，I含量较高，远高于国外报道的类似水体中碘浓度水平，具有较高的碘代消毒副产物生成风险[28]。
目前关于碘代消毒副产物的研究主要集中在IDBPs的生成特性、毒理学研究、检测等方面，而关于反应过程中I的具体转化途径尚不明确。本文选用苯酚作为NOM的模型化合物，选用加热活化过硫酸盐高级氧化技术，深入研究在热活化过硫酸盐高级氧化过程中DBPs生成的生成途径和机制，以期为全面评价过硫酸盐高级氧化工艺在污染控制方面的应用可行性提供依据。
1 材料与方法
1．1 实验材料与试剂
1．1．1 实验材料
碘仿、一碘乙酸、二碘乙酸、三碘乙酸、1,2二溴丙烷、2碘苯酚、4碘苯酚、2,4,6碘苯酚购自SigmaAldrich公司；甲基叔丁基醚（MTBE）、甲醇购自Fisher公司，色谱纯；过硫酸钠（Na2S2O8）、碳酸氢钠（NaHCO3）、硫酸（H2SO4）、碘化钾（KI）、苯酚、磷酸二氢钾（KH2PO4）、氢氧化钠（NaOH）等试剂购自阿拉丁公司，都为分析纯及以上级别。实验用水为MilliQ超纯水（Millipore, 18.35MΩ?cm1）和娃哈哈水。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/hxycl/hxyhj/198.html
