三价铜体系降解水中萘普生的效果及影响因素研究

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社会的快速发展使得抗生素、药品、内分泌干扰物等新兴有机污染物已经能够在自然水体环境中检测到。萘普生(NPX)作为非甾体抗炎药之一已经在饮用水中被检测出来,而目前常规的污染物处理手段难以将其去除,因此研究更加安全、高效的污水处理技术是当前研究的重点方向。本研究将使用合成的三价铜为基础,首次基于Cu(Ⅲ)的条件下考察在不同情况下下对于NPX的处理效果以及研究在此降解中产物的急性生物毒性,为研究降解有机污染物提供新的思路。主要成果如下:(1)单独Cu(Ⅲ)体系降解NPX。利用硫酸铜(CuSO4·H2O2)、亚碲酸钾(K2TeO3)、过硫酸钾(K2S2O8)、氢氧化钠(NaOH)合成Cu(Ⅲ)。首先利用紫外分光光度计对合成的溶液进行全光谱扫描,结果显示在270nm及405nm处有两个特征峰,这表明红色溶液中主要物质为Cu(Ⅲ)。然后以NPX为目标污染物,使用Cu(Ⅲ)对NPX进行降解,研究Cu(Ⅲ)的降解效能。实验结果表明在室温下,当Cu(Ⅲ)浓度为0.01mmol/L,NPX浓度为0.01mmol/L,初始pH=7.0时,NPX的降解效率能达到80%。使用Me OH、TBA、FFA对体系进行自由基清除实验,表明在体系中主要的氧化活性物种是Cu(Ⅲ),并且NPX的降解效果随着Cu(Ⅲ)浓度的增加而增加;另外紫外光谱扫描结果显示Cu(Ⅲ)在酸性条件下难以存在,且pH越大时,NPX的降解效果也越好;但是共存无机阴离子以及天然有机质对Cu(Ⅲ)降解NPX没有明显影响。此外在Cu(Ⅲ)体系中,NPX的矿化率达到了36.2%,并且中间产物的急性生物毒性表明其毒性要小于母体的毒性。然后使用Cu(Ⅲ)对多种不同的污染物进行降解,结果表明Cu(Ⅲ)对富含电子结构的污染物降解效果较好,推测Cu(Ⅲ)可能是一种单电子氧化剂,具有较高的氧化选择性。(2)Cu(Ⅲ)/UV体系降解NPX。在单独Cu(Ⅲ)的基础上,再利用Cu(Ⅲ)和UV联用的手段对NPX的降解进行进一步降解研究。结果显示,当UV的功率为8W,Cu(Ⅲ)浓度为0.01mmol/L,NPX浓度为0.01mmol/L,初始pH=7.0时,Cu(Ⅲ)/UV体系对NPX的降解效率约为92%。另外通过自由基清除实验表明在Cu(Ⅲ)/UV体系中Cu(Ⅲ)以及~1O2是主要的氧化物质。然后研究了一些常见因素对于NPX降解的影响,结果表明溶液中氧的含量越多,对NPX的降解效果也越好并且NPX的降解效果随着UV功率的增大而增大;无机阴离子对Cu(Ⅲ)/UV体系降解NPX仍然没有明显影响,但是HA对NPX的降解有抑制作用,并且随着浓度的增加抑制效果也越强;而在实际水样中NPX的降解效果均受到了轻微的抑制;在Cu(Ⅲ)/UV体系的TOC去除率为58%,并且最终NPX中间产物的急性生物毒性与NPX母体的生物毒性大致相同。本研究为难降解有机污染物提供了一种新的解决思路,提供了理论支持。
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