晏江波,楊秀英,徐春燕,何 勇,劉祖文(江西理工大學(xué) .資源與環(huán)境工程學(xué)院;.建筑與測繪工程學(xué)院,江西 贛州 341000)

基于UV/PMS工藝降解水中高效氟吡甲禾靈研究

晏江波a,楊秀英b,徐春燕a,何 勇a,劉祖文b
(江西理工大學(xué) a.資源與環(huán)境工程學(xué)院;b.建筑與測繪工程學(xué)院,江西 贛州 341000)

高效氟吡甲禾靈;紫外/過氧硫酸氫鉀;降解反應(yīng);硫酸根自由基

我國存在農(nóng)藥總消耗量大、使用效率低、農(nóng)藥廢水處理程度不深等問題,導(dǎo)致自然環(huán)境中的農(nóng)藥總含量居高不下[1]。存在于自然環(huán)境中的農(nóng)藥會對人類和動物的內(nèi)分泌系統(tǒng)和生殖系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重威脅,影響到生態(tài)平衡[2]。由于農(nóng)藥結(jié)構(gòu)復(fù)雜、物化性質(zhì)穩(wěn)定、流動遷徙能力強,常規(guī)方法難以去除[3],因此研究如何高效去除水中的農(nóng)藥對保護環(huán)境具有重要意義。

國內(nèi)外對如何高效去除高效氟吡甲禾靈(Haloxyfop-P)的相關(guān)報道較少,本實驗以高效氟吡甲禾靈為對象,通過UV催化PMS系統(tǒng)來降解水中高效氟吡甲禾靈,并考察了Haloxyfop-P的初始濃度、氧化劑PMS投加濃度、腐殖酸投加濃度、初始pH值、常見陰離子含量等影響因素,研究了UV/PMS系統(tǒng)中降解Haloxyfop-P的效果和機理,為AOPs的實際運行提供參考。

1 實驗部分

1.1 實驗材料與儀器設(shè)備

實驗材料:甲醇(CH3OH),色譜純;過硫酸氫鉀復(fù)合鹽(PMS)、氯化鈉(NaCl)、碳酸氫鈉(NaHCO3)、鹽酸(HCl)、氫氧化鈉(NaOH)、叔丁醇(TBA)、無水乙醇(EtOH)等均為國產(chǎn)分析純(上海國藥集團);實驗用水為超純水,由Milli-Q超純水機制取。

儀器設(shè)備:配島津SymmetryC18色譜柱的HPLC(LC-2030)、pH計、電子天平(AL204)、光反應(yīng)器(XPA-7,江蘇胥江電機廠)、75W低壓汞燈。

1.2 去除高效氟吡甲禾靈實驗

本實驗反應(yīng)在XPA-7光反應(yīng)器中進行,光源為75W耐熱低壓汞燈,實驗前預(yù)熱紫外燈30min,以保證燈光穩(wěn)定。實驗除考察初始pH值的影響外,均不調(diào)整溶液初始pH值。反應(yīng)物初始濃度為實驗前提前配制的濃度,分別0.01mmol/L、0.02mmol/L、0.03mmol/L、0.04mmol/L的目標(biāo)污染物溶液100mL,置入圓形石英管中,添加濃度為0.5mmol/L的PMS;氧化劑PMS添加量影響實驗添加PMS的濃度分別為0.1mmol/L、0.2mmol/L、0.5mmol/L、1.0mmol/L,反應(yīng)污染物的濃度為0.02mmol/L;其余批實驗的反應(yīng)污染物濃度均為0.02mmol/L,添加0.5mmol/L的PMS、一定濃度的腐殖酸和無機陰離子,改變不同初始pH值;定點時間用2mL注射器取樣過0.22μm的膜,取0.8mL濾液置入已提前加入0.2mL無水乙醇的進樣瓶中進行分析。整個實驗過程保證循環(huán)的冷卻水,以維持體系的溫度,同時實驗反應(yīng)通過磁力攪拌以保證反應(yīng)均勻。

1.3 實驗分析方法

Haloxyfop-P高效液相測試條件:流動相甲醇與水體積比為80∶20,紫外檢測波長設(shè)置為225nm,柱箱溫度25℃,流動相流速0.6mL/min,進樣量20μL,出峰時間約為9.3min。

2 結(jié)果與討論

2.1 反應(yīng)污染物初始濃度的影響

PMS投加量0.5mmol/L,初始pH值7.41,紫外波長253.7nm,目標(biāo)污染物Haloxyfop-P濃度分別為0.01mmol/L、0.02mmol/L、0.03mmol/L、0.04 mmol/L,反應(yīng)時間60min,考察UV/PMS系統(tǒng)中不同Haloxyfop-P初始濃度對降解效果的影響,見圖1。

圖1 不同Haloxyfop-P濃度對降解性能的影響

由圖1可知,隨著Haloxyfop-P初始濃度提高,UV/PMS系統(tǒng)對其降解率和降解速率均降低。當(dāng)Haloxyfop-P初始濃度從0.01增加到0.04mmol/L，降解速率從0.0281/min下降到0.0069/min、去除率從82.09%下降到34.29%時,降解過程符合一級動力學(xué)模型,R2值均大于0.95。原因是：PMS的投加量一定,從而通過紫外激發(fā)產(chǎn)生的活性自由基數(shù)目一定,隨著污染物初始濃度的升高,單位體積接觸到的活性自由基數(shù)量更少。同時,隨著反應(yīng)的進行會持續(xù)消耗活性自由基,致使降解反應(yīng)速率常數(shù)Kobs和去除率降低。Tan等[8]利用UV/H2O2系統(tǒng)降解乙酰氨基酚得到類似結(jié)論,發(fā)現(xiàn)降解速率與其初始濃度呈負相關(guān)。

2.2 PMS投加量的影響

目標(biāo)污染物Haloxyfop-P濃度0.02mmol/L,初始pH值7.41,紫外波長253.7nm,PMS添加量分別為0.1mmol/L、0.2mmol/L、0.5mmol/L、1.0mmol/L,反應(yīng)時間60min,考察不同PMS濃度對降解Haloxyfop-P的影響,結(jié)果見圖2。

圖2 不同PMS投加量對Haloxyfop-P降解性能的影響

(1)

本研究沒有發(fā)現(xiàn)隨氧化劑PMS添加量增加而抑制Haloxyfop-P的降解速率和去除率現(xiàn)象,這與Shih等[9]研究降解TFP增大、氧化劑的濃度降解速率反而降低的結(jié)果不同。主要原因可能是：PMS添加量沒有達到抑制的臨界值,繼續(xù)增大PMS濃度可能會致使Haloxyfop-P降解速率降低。

2.3 腐殖酸對降解Haloxyfop-P的影響

目標(biāo)污染物Haloxyfop-P濃度0.02mmol/L,紫外波長253.7nm,PMS添加量0.5mmol/L,添加腐殖酸濃度分別為2mmol/L、5mmol/L、10mmol/L、20mmol/L,反應(yīng)時間60min,考察添加不同腐殖酸濃度對降解Haloxyfop-P的影響,結(jié)果見圖3。

圖3 不同腐殖酸濃度對Haloxyfop-P降解性能的影響

2.4 不同初始pH值對Haloxyfop-P的降解影響

目標(biāo)污染物Haloxyfop-P濃度0.02mmol/L,紫外波長253.7nm,PMS添加量0.5 mmol/L,初始pH值分別為3.12、5.21、7.41、9.32、11.16,反應(yīng)時間均為60 min,考察不同初始pH值對降解Haloxyfop-P的影響,見表1。

表1 初始pH濃度對Haloxyfop-P降解影響

(2)

(3)

(4)

2.5 陰離子作用影響

目標(biāo)污染物Haloxyfop-P濃度為0.02mmol/L,紫外波長為253.7nm,PMS添加量為0.5mmol/L,NaCl添加濃度分別為2mmol/L、5mmol/L、10mmol/L、20mmol/L、50mmol/L,NaHCO3添加濃度分別為2mmol/L、5mmol/L、10mmol/L、20mmol/L、30mmol/L,反應(yīng)時間為60min,考察水中常見陰離子不同濃度對降解Haloxyfop-P的影響,結(jié)果見表2。

表2 陰離子對Haloxyfop-P降解的影響

(5)

·OH+Cl-→·Cl+OH-

(6)

(7)

(8)

2.6 系統(tǒng)自由基的確認

目標(biāo)污染物Haloxyfop-P濃度為0.02mmol/L,紫外波長為253.7nm,PMS添加量為0.5mmol/L,反應(yīng)時間為60min,TBA和EtOH添加濃度分別為50mmol/L,淬滅劑與氧化劑濃度比為100∶1,考察UV/PMS系統(tǒng)降解Haloxyfop-P的自由基類型,結(jié)果見表3。

表3 淬滅劑對Haloxyfop-P降解的影響

3 結(jié)論

[1]矯彩山,王中偉,彭美媛,等.我國農(nóng)藥廢水的處理現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].環(huán)境科學(xué)與管理,2006,31(7)∶111-114.

[2]朱丹,王瑛瑛,廖紹華,等.UV-TiO2-Fenton-活性炭處理敵百蟲農(nóng)藥廢水的研究[J].云南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2013,(1)∶87-92.

[3]胡大波,劉福強,凌盼盼,等.農(nóng)藥廢水的處理技術(shù)進展與展望[J].環(huán)境科技,2009,22(5)∶63-66.

[4]Bhuvaneswari K,Ravi P P,Sarma P N.Adsorption Studies on Wastewaters from Cypermethrin Manufacturing Process Using Activated Coconut Shell Carbon.[J].Journal of Environmental Science amp; Engineering,2007,49(4)∶265-272.

[5]楊青, 張林生,李月中,等.納濾膜在治理農(nóng)藥廢水污染中的應(yīng)用研究[J].工業(yè)水處理,2009,(3)∶29-32.

[6]Anipsitakis G P A,Dionysiou D D.Degradation of Organic Contaminants in Water with Sulfate Radicals Generated by the Conjunction of Peroxymonosulfate with Cobalt[J].Environmental Science amp; Technology,2003,37(20)∶4790-4797.

[7]李文書,李詠梅,顧國維.高級氧化技術(shù)在持久性有機污染物處理中的應(yīng)用[J].工業(yè)水處理,2004,24(11)∶9-12.

[8]Tan C,Gao N,Yang D,etal.Kinetic Study of Acetaminophen Degradation by UV-based Advanced Oxidation Processes[J].Chemical Engineering Journal,2014,253(7)∶229-236.

[9]Shih Y J,Putra W N,Huang Y H,etal.Mineralization and Deflourization of 2,2,3,3-tetrafluoro-1-propanol(TFP) by UV/Persulfate Oxidation and Sequential Adsorption[J].Chemosphere,2012,89(10)∶1262-6.

[10]Latifoglu A,Gurol M D.The Effect of Humic Acids on Nitrobenzene Oxidation by Ozonation and O3/UV Processes[J].Water Research,2003,37(8)∶1879-1889.

[11]Tan C,Gao N,Yang D,etal.Degradation of Antipyrine by Heat Activated Persulfate[J].Separation amp; Purification Technology,2013,109(19)∶122-128.

[14]陳曉旸,陳景文,楊萍,等.均相Co/PMS系統(tǒng)降解吡蟲啉的影響因素及降解途徑研究[J].環(huán)境科學(xué),2007,28((12)∶2816-2820．

StudyonDegradationofHaloxyfop-r-methylinWaterBasedonUV/PMSTechnology

YAN Jiang-boa,YANG Xiu-yingb,XU Chun-yana,HE Yonga,LIU Zu-wenb
(Jiangxi University of Science and Technology，a.School of Resources and Environment Engineering;b.School of Architecture and Surveying Engineering,Ganzhou 341000,China)

haloxyfop-P-methyl;UV /PMS;degradation reaction;sulfate radical

10.3969/j.issn.1005-8141.2017.04.019

TQ03

A

1005-8141(2017)04-0481-04

2017-02-17；

2017-03-26

晏江波(1992-),男,江西省九江人,碩士研究生,主要研究方向為大氣污染控制。

劉祖文(1969-),男,江西省吉安人,教授,主要研究水環(huán)境與土壤污染修復(fù)技術(shù)。