活性氧和羟基自由基协同降解芳环类有机物的机理研究.pdfVIP

中国核科学技术进展报告(第一卷) 辐射研究与辐射工艺分卷 Progress Report on China Nuclear Science Technology (Vol.1) 2009 年11 月 活性氧与羟基自由基协同降解芳环类 有机物的机理研究 1, 2 1 1 1 3 3 1 赵素芳 ，马红娟 ，王 敏 ，曹长青 ，熊 洁 ，许云书 ，姚思德 (1. 中科院上海应用物理研究所，上海 201800 ；2. 中国科学院研究生院，北京 100039 ； 3. 中国工程物理研究院，四川 绵阳 621900) 摘要：以常见的生物难降解芳香族有机化合物对硝基苯酚为目标物，采用可以使水分解产生羟基自由基(·OH) 的 185 nm 真空紫外光，成功地模拟了过氧化氢自由基(HO2·)与·OH 的协同作用降解条件。通过与单纯产生·OH ，不含 HO ·的254 nm 紫外光+H O 体系的比较研究，发现HO · 自由基的存在可以提高对硝基苯酚的降解效率。并通过设 2 2 2 2 计一定的脉冲辐解试验条件，验证了稳态光降解的结果，证明 HO2 · 自由基是通过参与反应的形式对降解效率发生积 极的影响，并推测了主要的反应机理。本研究对水体中芳环类难生物降解有机污染物的高级氧化降解具有一定的指 导意义。 关键词：对硝基苯酚；光降解；真空紫外光；协同效应 随着近代工业的不断发展，有机化合物的产量和种类与日俱增，其污染程度日趋严重，污染范 围遍及全球的各个角落。进入环境的有机污染物使得人类赖以生成的环境质量日益恶化，同时，这 些污染物在环境中长期蓄积，对人体健康造成多种威胁。 在正常停留时间条件下，微生物不能降解的有机化合物，被称为生物难降解有机污染物，它们 难于生物降解的原因主要是由于化合物半数以上具有难于降解的芳香环或杂环结构，而且这些污染 有机物大多具有生物毒性，不适合微生物生存、只有极少数微生物菌种能对其有一定降解。 高级氧化技术是以羟基自由基(·OH)作为氧化剂，使大多数难降解的有机污染物氧化降解为低毒 或无毒的小分子物质的一种新型氧化技术，是二十年来水处理研究的热点，在处理各类难降解废水 中具有广泛的应用。根据产生自由基的方式和反应条件不同，高级氧化技术包括Fenton 法、臭氧氧 化法、湿式氧化技术、超临界水氧化法、纳米光催化氧化法、电化学催化降解法、低温等离子体技 术及超声降解法等。 在各种高级氧化技术的实施过程中，往往都不是由单一氧化性粒子的作用，而是同时存在多种 氧化性粒子。如，高能辐射可以在水溶液中产生羟基自由基、氢原子、水合电子，有氧气存在的情 况下难以避免地存在过氧化氢自由基HO ·、超氧阴离子自由基O ·-；超声法可以产生局部高温高压， 2 2 并使水分解产生氢原子和羟基自由基；光化学法容易得到臭氧 O [1] 和单线态氧 O *等等。每种方法 3 2 都有其优缺点，有其对物质作用的特性以及所产生氧化条件的特点，实际应用中，往往要与其他方 法相结合才能收到比较好的降解效果，如紫外-臭氧，超声-紫外联用等等。两种方法在适当的条件下 联用，无论从降解深度还是从降解速率来看，往往可以收到 1+12 的效果。获知各种氧化性粒子之 间协同作用的机理，有助于降解方法的选择，以及条件的控制。 185 nm 紫外光可以将水分解生成H·和·OH(公式 1) 。254 nm 紫外光可以将H2O2 分解得到·OH(公 式 2) 。H·在有氧存在的情况下会与氧结合生成HO2 ·(公式 3) 。将254 nm 体系和254/185 nm 体系对 照研究，通过脱氧和有氧两种情况的对照，可得到HO2 ·与羟基自由基协同作用的信