基于UV/PMS工艺降解水中高效氟吡甲禾灵研究

晏江波,杨秀英,徐春燕,何 勇,刘祖文(江西理工大学 .资源与环境工程学院;.建筑与测绘工程学院,江西 赣州 341000)

基于UV/PMS工艺降解水中高效氟吡甲禾灵研究

晏江波a,杨秀英b,徐春燕a,何 勇a,刘祖文b
(江西理工大学 a.资源与环境工程学院;b.建筑与测绘工程学院,江西 赣州 341000)

高效氟吡甲禾灵;紫外/过氧硫酸氢钾;降解反应;硫酸根自由基

我国存在农药总消耗量大、使用效率低、农药废水处理程度不深等问题,导致自然环境中的农药总含量居高不下[1]。存在于自然环境中的农药会对人类和动物的内分泌系统和生殖系统产生严重威胁,影响到生态平衡[2]。由于农药结构复杂、物化性质稳定、流动迁徙能力强,常规方法难以去除[3],因此研究如何高效去除水中的农药对保护环境具有重要意义。

国内外对如何高效去除高效氟吡甲禾灵(Haloxyfop-P)的相关报道较少,本实验以高效氟吡甲禾灵为对象,通过UV催化PMS系统来降解水中高效氟吡甲禾灵,并考察了Haloxyfop-P的初始浓度、氧化剂PMS投加浓度、腐殖酸投加浓度、初始pH值、常见阴离子含量等影响因素,研究了UV/PMS系统中降解Haloxyfop-P的效果和机理,为AOPs的实际运行提供参考。

1 实验部分

1.1 实验材料与仪器设备

实验材料:甲醇(CH3OH),色谱纯;过硫酸氢钾复合盐(PMS)、氯化钠(NaCl)、碳酸氢钠(NaHCO3)、盐酸(HCl)、氢氧化钠(NaOH)、叔丁醇(TBA)、无水乙醇(EtOH)等均为国产分析纯(上海国药集团);实验用水为超纯水,由Milli-Q超纯水机制取。

仪器设备:配岛津SymmetryC18色谱柱的HPLC(LC-2030)、pH计、电子天平(AL204)、光反应器(XPA-7,江苏胥江电机厂)、75W低压汞灯。

1.2 去除高效氟吡甲禾灵实验

本实验反应在XPA-7光反应器中进行,光源为75W耐热低压汞灯,实验前预热紫外灯30min,以保证灯光稳定。实验除考察初始pH值的影响外,均不调整溶液初始pH值。反应物初始浓度为实验前提前配制的浓度,分别0.01mmol/L、0.02mmol/L、0.03mmol/L、0.04mmol/L的目标污染物溶液100mL,置入圆形石英管中,添加浓度为0.5mmol/L的PMS;氧化剂PMS添加量影响实验添加PMS的浓度分别为0.1mmol/L、0.2mmol/L、0.5mmol/L、1.0mmol/L,反应污染物的浓度为0.02mmol/L;其余批实验的反应污染物浓度均为0.02mmol/L,添加0.5mmol/L的PMS、一定浓度的腐殖酸和无机阴离子,改变不同初始pH值;定点时间用2mL注射器取样过0.22μm的膜,取0.8mL滤液置入已提前加入0.2mL无水乙醇的进样瓶中进行分析。整个实验过程保证循环的冷却水,以维持体系的温度,同时实验反应通过磁力搅拌以保证反应均匀。

1.3 实验分析方法

Haloxyfop-P高效液相测试条件:流动相甲醇与水体积比为80∶20,紫外检测波长设置为225nm,柱箱温度25℃,流动相流速0.6mL/min,进样量20μL,出峰时间约为9.3min。

2 结果与讨论

2.1 反应污染物初始浓度的影响

PMS投加量0.5mmol/L,初始pH值7.41,紫外波长253.7nm,目标污染物Haloxyfop-P浓度分别为0.01mmol/L、0.02mmol/L、0.03mmol/L、0.04 mmol/L,反应时间60min,考察UV/PMS系统中不同Haloxyfop-P初始浓度对降解效果的影响,见图1。

图1 不同Haloxyfop-P浓度对降解性能的影响

由图1可知,随着Haloxyfop-P初始浓度提高,UV/PMS系统对其降解率和降解速率均降低。当Haloxyfop-P初始浓度从0.01增加到0.04mmol/L，降解速率从0.0281/min下降到0.0069/min、去除率从82.09%下降到34.29%时,降解过程符合一级动力学模型,R2值均大于0.95。原因是：PMS的投加量一定,从而通过紫外激发产生的活性自由基数目一定,随着污染物初始浓度的升高,单位体积接触到的活性自由基数量更少。同时,随着反应的进行会持续消耗活性自由基,致使降解反应速率常数Kobs和去除率降低。Tan等[8]利用UV/H2O2系统降解乙酰氨基酚得到类似结论,发现降解速率与其初始浓度呈负相关。

2.2 PMS投加量的影响

目标污染物Haloxyfop-P浓度0.02mmol/L,初始pH值7.41,紫外波长253.7nm,PMS添加量分别为0.1mmol/L、0.2mmol/L、0.5mmol/L、1.0mmol/L,反应时间60min,考察不同PMS浓度对降解Haloxyfop-P的影响,结果见图2。

图2 不同PMS投加量对Haloxyfop-P降解性能的影响

(1)

本研究没有发现随氧化剂PMS添加量增加而抑制Haloxyfop-P的降解速率和去除率现象,这与Shih等[9]研究降解TFP增大、氧化剂的浓度降解速率反而降低的结果不同。主要原因可能是：PMS添加量没有达到抑制的临界值,继续增大PMS浓度可能会致使Haloxyfop-P降解速率降低。

2.3 腐殖酸对降解Haloxyfop-P的影响

目标污染物Haloxyfop-P浓度0.02mmol/L,紫外波长253.7nm,PMS添加量0.5mmol/L,添加腐殖酸浓度分别为2mmol/L、5mmol/L、10mmol/L、20mmol/L,反应时间60min,考察添加不同腐殖酸浓度对降解Haloxyfop-P的影响,结果见图3。

图3 不同腐殖酸浓度对Haloxyfop-P降解性能的影响

2.4 不同初始pH值对Haloxyfop-P的降解影响

目标污染物Haloxyfop-P浓度0.02mmol/L,紫外波长253.7nm,PMS添加量0.5 mmol/L,初始pH值分别为3.12、5.21、7.41、9.32、11.16,反应时间均为60 min,考察不同初始pH值对降解Haloxyfop-P的影响,见表1。

表1 初始pH浓度对Haloxyfop-P降解影响

(2)

(3)

(4)

2.5 阴离子作用影响

目标污染物Haloxyfop-P浓度为0.02mmol/L,紫外波长为253.7nm,PMS添加量为0.5mmol/L,NaCl添加浓度分别为2mmol/L、5mmol/L、10mmol/L、20mmol/L、50mmol/L,NaHCO3添加浓度分别为2mmol/L、5mmol/L、10mmol/L、20mmol/L、30mmol/L,反应时间为60min,考察水中常见阴离子不同浓度对降解Haloxyfop-P的影响,结果见表2。

表2 阴离子对Haloxyfop-P降解的影响

(5)

·OH+Cl-→·Cl+OH-

(6)

(7)

(8)

2.6 系统自由基的确认

目标污染物Haloxyfop-P浓度为0.02mmol/L,紫外波长为253.7nm,PMS添加量为0.5mmol/L,反应时间为60min,TBA和EtOH添加浓度分别为50mmol/L,淬灭剂与氧化剂浓度比为100∶1,考察UV/PMS系统降解Haloxyfop-P的自由基类型,结果见表3。

表3 淬灭剂对Haloxyfop-P降解的影响

3 结论

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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,硕士研究生,主要研究方向为大气污染控制。

刘祖文(1969-),男,江西省吉安人,教授,主要研究水环境与土壤污染修复技术。