Al2O3和活性炭催化臭氧氧化降解邻苯二甲酸二甲酯

海睿洋 张志婷 王志鹏 陈蕾

摘 要：邻苯二甲酸酯是环境中最常见的持久性有机污染物之一，含邻苯二甲酸酯的废水用常规工艺难以有效处理。本文研究了Al2O3和活性炭催化臭氧氧化降解邻苯二甲酸二甲酯的效果，希望为含邻苯二甲酸酯类工业废水的高效处理提供参考，对保障环境安全与人类健康有着重要的作用。

关键词：臭氧; 邻苯二甲酸酯; Al2O3; 活性炭

中图分类号：X703.1       文献标识码：A         文章编号：1006-3315（2021）7-143-002

邻苯二甲酸酯是环境中最常见的持久性有机污染物之一，是由醇与邻苯二甲酸反应生成的一类有机化合物，目前已被报道的有三十多种[1]。邻苯二甲酸酯广泛用作增塑剂被添加在油漆、润滑剂、粘合剂、塑料包装和个人护理产品中。由于邻苯二甲酸酯不与其他聚合物分子形成化学键，彼此保持其独特的物理化学性质，因此，在这些产品的生产、使用和废弃过程中，邻苯二甲酸酯容易被释放至环境中，造成环境污染。邻苯二甲酸酯在海水、河流湖泊及其沉积物中的污染已在多个国家和地区被发现[2]。已有的研究表明邻苯二甲酸酯对生物的毒性包括急性毒性、生殖毒性及内分泌干扰效应等[3]。

传统的水处理工艺并不能有效地去除工业废水中的邻苯二甲酸酯类污染物，而臭氧氧化工艺对邻苯二甲酸酯的降解有一定的效果。活性炭、金属和金属氧化物负载、金属混合物等在内的非均相催化剂是常用的臭氧催化剂[4]。因此本文将对比研究Al2O3和活性炭催化臭氧氧化降解邻苯二甲酸二甲酯的效果，为含邻苯二甲酸酯类工业废水的高效处理提供参考。

1.材料与方法

邻苯二甲酸二甲酯（分析纯）购自美国阿拉丁试剂公司。将邻苯二甲酸二甲酯粉末溶于超纯水配制母液，并按0.5、1、2、5、10、25、50mg/L的浓度梯度稀释后测定标准曲线。邻苯二甲酸二甲酯的浓度采用高效液相色谱仪进行检测[5]。

降解反应在1L的锥形瓶中进行。邻苯二甲酸二甲酯的初始浓度为50mg/L。臭氧通过臭氧发生器制得，反应系统中臭氧浓度为15mg/L。Al2O3和活性炭均购自南京化学试剂股份有限公司，投加量均分别为0mg/L、1.0mg/L、1.5mg/L、2.0mg/L、2.5mg/L。实验在25±1℃条件下进行。反应30min后，取20mL的溶液样品，立即使用0.10mol/L的Na2S2O3终止反应，过滤后测定邻苯二甲酸二甲酯的浓度。

2.实验结果与讨论

2.1Al2O3催化臭氧氧化降解工艺

Al2O3催化臭氧氧化降解邻苯二甲酸二甲酯的实验结果如图1所示。

单独2.0mg/L的Al2O3对邻苯二甲酸二甲酯的吸附作用仅为12.86%，臭氧与Al2O3结合后，降解率提升。当Al2O3投加量增大至2.0mg/L时，邻苯二甲酸二甲酯的降解率为98.89%;继续增大Al2O3投加量至2.5mg/L时，邻苯二甲酸二甲酯的降解率降低至97.79%。随着Al2O3投加量增大，催化剂活性位点增多，有利于活性自由基的产生，同时Al2O3对邻苯二甲酸二甲酯的吸附作用增强，提升了邻苯二甲酸二甲酯的降解。但是，随着Al2O3的投加量進一步增大，Al2O3与邻苯二甲酸二甲酯竞争·OH，此时催化剂既是·OH的促进剂，也是抑制剂，类似的现象也曾报道过[6]。因此Al2O3最佳的投加浓度为2.0mg/L。

2.2活性炭催化臭氧氧化降解工艺

活性炭催化臭氧氧化降解邻苯二甲酸二甲酯的实验结果如图2所示。

2.0mg/L的活性炭投加后的邻苯二甲酸二甲酯的吸附率为19.75%，臭氧通入后，降解率提升。当Al2O3投加量增大至2.5mg/L时，邻苯二甲酸二甲酯的降解率增加至96.09%。因此，活性炭的最佳投加量为2.5mg/L。

此外，虽然2.0mg/L的活性炭比Al2O3对邻苯二甲酸二甲酯的吸附去除作用强，但通入臭氧反应30min后，活性炭催化臭氧体系对邻苯二甲酸二甲酯的降解率比Al2O3催化臭氧体系对邻苯二甲酸二甲酯的降解率低3.2%。这说明Al2O3对臭氧的催化效率优于活性炭对臭氧的催化效率。

3.小结

通过以上研究，发现Al2O3和活性炭都能有效催化臭氧，提高邻苯二甲酸二甲酯的降解率。2.0mg/L的Al2O3催化臭氧体系中，邻苯二甲酸二甲酯的降解率达到98.89%;2.5mg/L的活性炭催化臭氧体系中，邻苯二甲酸二甲酯的降解率达到96.09%。可见Al2O3臭氧的催化效率更高，Al2O3催化臭氧氧化技术将是实现含邻苯二甲酸酯工业废水高效处理的一种极具前景的水处理技术。

资助项目：江苏省大学生实践创新训练计划项目，编号：202010298036Z

参考文献：

[1]张威振，赖子尼，赵李娜，等.环境中邻苯二甲酸酯类污染物的研究进展[J]中国渔业质量与标准，2014，4（4）：13-20

[2]Gasperi J， Dris R， Bonin T， et al. Assessment of floating plastic debris in surface water along the Seine River[J].Environmental Pollution， 2014， 195：163-166

[3]张悦，袁骐，蒋玫，等.邻苯二甲酸酯类毒性及检测方法研究进展[J]环境化学，2019，38（5）：1035-1046

[4]Liao M， Chen J， Li L， et al. Effective degradation of nitrotoluenes in wastewater by heterogeneous catalytic ozonation in the presence of calcium oxide[J]Aip Conference Proceedings， 2017， 1890（1）： 1-12

[5]Zhang Z M， Zhang H H， Zhang J， et al. Occurrence， distribution， and ecological risks of phthalate esters in the seawater and sediment of Changjiang River Estuary and its adjacent area [J]Science of the Total Environment， 2018， 619-620： 93-102

[6]任明，孙淑英，金艳，等.催化臭氧氧化法处理煤化工高盐废水[J]环境工程，36（8）：59-64