高铁酸钾氧化造影剂(碘海醇)的效果及机理试验研究

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近年来,碘代X射线造影剂(ICMs)在水体中不断地被检出,已成为水环境中相对高浓度(即μg/L水平)的代表药物。尽管ICMs被认为不能对人体产生直接伤害,但水源水中的ICMs可作为消毒副产物(DBPs)的潜在前体物,与消毒剂发生反应,形成高毒性DBPs,如碘化消毒副产物(I-DBPs)和毒性未知的高分子量消毒副产物等,对饮用水安全具有极大的潜在威胁,而碘海醇是一种在中国检出含量最高的ICMs。因此,有必要对碘海醇从源头处进行去除,保障饮用水安全。高铁酸钾(K2Fe O4)作为一种在去除污染物方面具有氧化—吸附—絮凝协同效果的新兴绿色水处理剂,在处理水环境碘海醇方面具有较好的应用潜能。本试验使用实验室自制高铁酸钾对含有碘海醇的模拟水样和加标实际水样进行处理,研究高铁酸钾降解碘海醇的效果及机理。本试验建立了碘海醇定量分析方法并进行了方法学评价。考察了高铁酸钾与碘海醇反应过程中反应时间、高铁酸钾投加量、pH对碘海醇去除率的影响效果。通过投加腐殖酸、阴离子(HCO3-、PO43-、SO42-)、阳离子(NH4+、Mg2+、Ca2+)模拟了自然水体中的单一共存物质对高铁酸钾去除碘海醇的影响,并进一步研究了实际水体中复杂的共存物质存在下高铁酸钾去除碘海醇的效果。因为高铁酸钾在碱性环境下自分解较慢,可以避免高铁酸钾自分解对吸光度的影响,所以研究了pH=9的条件下高铁酸钾与碘海醇的动力学规律以及推测出高铁酸钾降解碘海醇的反应途径。相关研究结果如下:(1)建立了高效液相色谱仪检测水中碘海醇的方法,具体色谱条件为:C18分析柱,流动相为乙腈/超纯水(4:96,v:v);洗脱程序:等度洗脱,流速为1.0 m L/min,进样体积为100μL,柱温30°C,检测波长254 nm。对其进行方法学评价,发现碘海醇在50-1000μg/L的范围时,峰面积与浓度的相关系数R平方为0.99939,检出限为0.75μg/L。碘海醇的加标回收率在100.87%-103.13%,相对标准偏差均小于2%。(2)高铁酸钾与碘海醇的反应在10 min后基本结束,当投加高铁酸钾与碘海醇的质量比为100:1时,去除效率最高,去除率达到72%。pH对高铁酸钾与碘海醇的反应影响较大,当使用缓冲溶液使反应过程中pH值不变的情况下,高铁酸钾与碘海醇的反应最佳pH为8,碘海醇的去除率能达到90%;当使用酸和碱只改变初始pH值得情况下,反应过程中的pH值变化较大,此时高铁酸钾与碘海醇的反应最佳初始pH值为6,碘海醇的去除率为91.6%。(3)腐殖酸会抑制高铁酸钾与碘海醇的反应,随着浓度增加,抑制作用增强。HCO3-、PO43-、NH4+、Mg2+、Ca2+对于高铁酸钾降解碘海醇起到不同程度的抑制作用,SO42-对高铁酸钾与碘海醇的反应没有明显效果。(4)使用高铁酸钾降解加标实际水样中的碘海醇时,发现高铁酸钾与碘海醇的质量比为100:1时,对碘海醇的去除效果依然较为理想,且高铁酸钾对于实际水样中的部分溶解性有机物也有去除效果。(5)对高铁酸钾与碘海醇的动力学研究发现,pH=9条件下反应为二级反应,二级反应常数为0.515 M-1s-1。(6)运用高效液相色谱仪串联质谱仪(UPLC-MS/MS)共检测出6种高铁酸钾降解碘海醇的中间产物,推断了这6种产物的分子结构并最终推测出高铁酸钾降解碘海醇的途径,包括:脱氢反应、酰胺水解反应、降级反应、脱碘反应、羟基加成反应。
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