二甲胺鹽酸鹽與氯胺生成NDMA動力學研究

唐麗娜,賈 旭,張躍軍

?

二甲胺鹽酸鹽與氯胺生成NDMA動力學研究

唐麗娜,賈 旭*,張躍軍

(南京理工大學化工學院,江蘇 南京 210094)

研究了二甲胺鹽酸鹽與氯胺反應生成N,N-亞硝基二甲胺(NDMA)的動力學.采用隔離法測定得到反應物濃度與時間的變化關系,進而采用嘗試法求解反應級數(shù)、速率常數(shù)、速率方程和活化能.結(jié)果表明:對于二甲胺鹽酸鹽與氯胺反應生成中間體的第一步過程,反應物兩者的反應級數(shù)均為一級,反應速率常數(shù)在5,15和25℃下分別為1.5361×10-3,1.8707×10-3,7.7217×10-3mol-1×min-1,反應活化能a為51.27kJ/mol.由反應速率常數(shù)和活化能數(shù)值可以看出溫度高有利于反應的進行.所得結(jié)果可為含二甲胺基及其同系物與氯胺整體反應的動力學研究,以及原水處理過程中消毒副產(chǎn)物NDMA生成風險的判定提供實驗依據(jù).

N,N-亞硝基二甲胺；二甲胺；鹽酸鹽；氯胺；動力學；活化能

N,N-亞硝基二甲胺(NDMA)是最簡單的雙烷基亞硝胺,為半揮發(fā)性黃色油狀液體,具有較高的水溶性和強致癌性[1-4].自1989年在加拿大飲用水中首次檢測到并確認其是與氯消毒劑使用有關的副產(chǎn)物[5-9]以來,世界各地不少水廠均有NDMA檢出的報道.關于飲用水中NDMA的研究也得到了高度的重視.研究表明:當水體有氯胺,含有二甲胺基官能團化合物與其在一定條件下會生成消毒副產(chǎn)物NDMA[10-12],并且二甲胺(DMA)作為最簡單的二甲胺基官能團化合物被認為是最直接的前驅(qū)物[13-16],研究確定了其與次氯酸鹽、氯胺生成NDMA的可能性,特別是對其與氯胺反應的分步反應動力學常數(shù)進行了確認,但具體求解過程未涉及,反應物的反應級數(shù)和反應活化能數(shù)據(jù)沒有述及[14].近年來在原水處理過程中,無論是水體本身或者原水處理絮凝劑中不可避免的可能含有二甲胺和二甲胺的各種鹽[17],其中二甲胺鹽酸鹽在原水處理過程中與水體中的氯胺生成消毒副產(chǎn)物NDMA尚未有動力學方面的研究報道.

本文采用隔離法測定二甲胺鹽酸鹽與氯胺反應的反應物濃度與時間的關系,進而用嘗試法研究該反應的動力學,由此擬合計算二者反應的反應級數(shù)、速率常數(shù)、速率方程和活化能等,旨在可為含二甲胺基的同系物與氯胺反應的動力學研究,以及水處理過程中遇到的二甲胺的各種鹽類物質(zhì)生成消毒副產(chǎn)物NDMA風險的判定提供實驗依據(jù).

1 材料與方法

1.1 材料和儀器

材料:氯化銨(399.5%),國藥集團化學試劑有限公司;次氯酸鈉(活性氯37.5%),西隴化工有限公司;N,N-二乙基-1,4-苯二胺(396.0%),成都市科龍化工試劑廠;二甲胺鹽酸鹽(399.0%),異丙醇,阿拉丁試劑有限公司;鹽酸(=36%~38%)國藥集團化學試劑有限公司;異丙醇(399.5%)阿拉丁試劑;EDTA四鈉(=99%),Strem公司;醋酸鈉(=99%)Strem公司.以上試劑均為分析純.

儀器:722N可見分光光度計,上海儀電分析儀器有限公司;PHS-25型pH計,上海雷磁儀廠.

1.2 分析方法

反應物氯胺和二甲胺鹽酸鹽濃度依據(jù)文獻[14,18-19]方法測定.

1.2.1 一氯胺分析檢測 一氯胺溶液作為本次研究的反應物,是由氯化銨和次氯酸鈉在緩沖溶液中,通過控制pH值和按氯氮比4:1(投加的次氯酸鈉有效氯質(zhì)量和水中氨氮的質(zhì)量比)在暗處反應一定時間配制而成(含有游離氯,一氯胺定量的溶液)[14].

一氯胺采用N,N-二乙基-1,4-苯二胺(DPD)的分光光度法定量[18].控制pH值在6.2~6.5范圍內(nèi)時,N,N-二乙基-1,4-苯二胺(DPD)可與水中游離的氯發(fā)生氧化還原反應形成紅色的絡合氧化產(chǎn)物的反應原理,測量游離氯的量.再依據(jù)DPD和少量碘化鉀(KI)共存時,氯胺也能同時與DPD發(fā)生反應使溶液紅色加深,依據(jù)此原理可測定游離氯與氯胺的總量[18].測定的總量扣除游離氯量后,就可以得到一氯胺的量.

由于游離氯標準溶液不穩(wěn)定且不易獲得,本文采用高錳酸鉀溶液配制氯標準儲備液和標準使用液, 再經(jīng)其在由無氯純水配置的緩沖溶液中與定量DPD溶液反應,在515nm處測定吸光度,余氯與吸光度的關系,用于制備氯標準曲線[18].

采用DPD-KI和DPD溶液同步與兩個相同量反應液反應,測定515nm處吸光度,分別得到的是一氯胺-游離氯總含量的吸光度和游離氯含量的吸光度,再由兩者的差值和氯標準曲線,可以求得反應液中的一氯胺吸光度和濃度(標準曲線法,標準曲線由一氯胺溶液制得)[18].

1.2.2 二甲胺鹽酸鹽濃度的測定 二甲胺鹽酸鹽定量采用二甲氨基二硫代甲酸銅比色法[19].二甲胺鹽酸鹽與檢測試劑二硫化碳、氯化銅反應生成二甲氨基二硫代甲酸銅,在紫外波長430nm顯色,基于此,采用分光光度法在該波長下,測得吸光度與二甲胺鹽酸鹽濃度變化關系(標準曲線法),再利用反應液與試劑反應后的實際樣品吸光度大小,求得二甲胺鹽酸鹽的濃度.

1.3 實驗原理與方法

1.3.1 反應式及動力學方程求算 根據(jù)文獻[14]所述,二甲胺與氯胺反應生成NDMA的歷程如下.

(1)

式中:12分別代表各步反應的反應速率常數(shù),由于2>>1,即生成中間體UDMH過程為反應速控步驟.本文對式(1)進行簡化,假設可以列出以下方程.

A+B?C (2)

式中:A為二甲胺鹽酸鹽;B為氯胺;

根據(jù)式(2)可以列出如下動力學方程

式中:[A]為不同時刻反應物A的濃度,mol/L;[B]為反應物B的濃度;為反應速率常數(shù);為反應物A反應級數(shù);為反應物B反應級數(shù).

動力學研究中采用的是隔離法和嘗試法.隔離法是除一種反應物外保持其它反應物大量過剩,以求取這種反應物分級數(shù)的方法;嘗試法又稱積分法或微分法(取決于嘗試時用的公式),當實驗測得了一系列C～動力學數(shù)據(jù)后,對數(shù)據(jù)進行級擬合作圖,若為直線則反應即為級.因此,該反應過程中當控制反應物B的濃度遠大于反應物A的濃度,即[B]3[A]時,式(3)可以寫成如下格式:

對式子兩邊進行積分得到:

1.3.2 動力學研究設計 假定反應物A濃度符合級動力學模型,例如:一級或二級動力學模型,即當=1或2,分別對式(5)積分得到:

ln(C/0)=A￠+(6)

或

1/C-1/0 =A￠(7)

式中:C、0分別為時刻和初始時刻的反應物A濃度;為積分常數(shù).對于不同假定的值,可以依次類推.

對于反應物B的反應級數(shù)和反應速率常數(shù)和反應物A的求解類似.

在特定實驗溫度下,通過實驗測出某反應物濃度隨時間變化的規(guī)律,對數(shù)據(jù)進行擬合,確定該反應物的反應級數(shù)和假級速率常數(shù)及其以該反應物為基的反應速率常數(shù).由此方法,分別求取各反應物為基的速率常數(shù),再取平均值,可得到該反應的速率常數(shù).最終,得到反應動力學表達式.基于此,本文動力學研究實驗采用隔離法和嘗試法,依據(jù)隔離法得到若干組實驗測得的C~數(shù)據(jù),采用嘗試法進行一級和二級擬合,即將數(shù)據(jù)用ORIGIN軟件分別對數(shù)據(jù)ln(C/0)~或1/C~擬合等,擬合曲線為=+者,可用來確定反應物二甲胺鹽酸鹽和氯胺反應物各自的反應級數(shù)和假定的該級數(shù)速率常數(shù),即反應級數(shù)和假級速率常數(shù).由此,再求取各反應物為基的速率常數(shù)及其平均值,得到反應的總速率常數(shù),最終得到反應物二甲胺鹽酸鹽與氯胺反應動力學表達式.

進一步,根據(jù)阿倫尼烏斯公式=-a/RT可知,溫度時速率常數(shù)的對數(shù)與1/之間的線性關系.可按照上述方法,通過求取不同溫度下的,再以ln對1/作圖,從而求出活化能.本文將研究3種溫度下的反應速率常數(shù),根據(jù)ln對1/作圖,斜率為-a,從而計算得到反應活化能.

1.3.3 實驗方法 鑒于我國實際微污染原水處理現(xiàn)狀,在前期預實驗的基礎上,選擇溫度分別為5,15和25℃,pH值為7.5條件下,進行二甲胺鹽酸鹽與氯胺反應生成NDMA過程第一步反應的動力學研究.

(1)25℃,pH值為7.5時二甲胺鹽酸鹽與氯胺反應級數(shù)和反應速率常數(shù).取一定量二甲胺鹽酸鹽儲備液于容量瓶中配制質(zhì)量濃度為20mg/L (0.4437mol/L),再取二甲胺鹽酸鹽質(zhì)量濃度20倍量的氯胺,約為400mg/L (7.770mol/L).用磷酸緩沖溶液調(diào)節(jié)溶液pH值為7.5,放入25℃水浴鍋中,隔一段時間測定二甲胺鹽酸鹽的濃度,得到C~數(shù)據(jù).對C~數(shù)據(jù)進行級擬合.由此,確認其反應級數(shù)和(假)速率常數(shù)A’.根據(jù)A和A’之間的關系,得到以二甲胺鹽酸鹽為基的速率常數(shù)A.

同理,二甲胺鹽酸鹽質(zhì)量濃度取氯胺質(zhì)量濃度的20倍,得到二甲胺鹽酸鹽與氯胺反應的氯胺濃度隨時間變化曲線C~,再分別用假級擬合,例如,假一級和假二級速率方程擬合,確認其級反應級數(shù)和假級速率常數(shù)B.

聯(lián)立動力學方程得到反應物各自為基的速率常數(shù),通過求取A和B平均值得二甲胺鹽酸鹽與氯胺反應在25℃的反應速率常數(shù).

(2)二甲胺鹽酸鹽與氯胺反應的活化能.在反應溫度分別在5,15℃,按照步驟(1),測定各反應物的C~數(shù)據(jù),進行線性擬合得到對應溫度下的二甲胺鹽酸鹽與氯胺反應級數(shù)和反應速率常數(shù)以及反應速率方程表達式.根據(jù)阿倫尼烏斯公式,ln對1/作圖,斜率為-E/,從而得到反應活化能E.

2 結(jié)果與討論

2.1 25℃, pH=7.5時二甲胺鹽酸鹽與氯胺反應級數(shù)和反應速率常數(shù)

表1實驗為氯胺過量的實驗,其質(zhì)量濃度為400mg/L(7.770mol/L);表2實驗為二甲胺鹽酸鹽過量的實驗,其質(zhì)量濃度為400mg/L(8.8731mol/L),表中方程為數(shù)據(jù)C~進行l(wèi)n(C/0)~或1/C~擬合得到的方程,2為擬合方程的相關系數(shù).其中,數(shù)據(jù)處理過程中質(zhì)量濃度均轉(zhuǎn)化成物質(zhì)的量濃度進行計算.

表1 二甲胺鹽酸鹽反應級數(shù)和速率常數(shù)

由表1數(shù)據(jù)進行二甲胺鹽酸鹽的一級和二級反應擬合作圖,所得結(jié)果如圖1、2所示.

由表1可以看出,在25℃,pH=7.5條件下,二甲胺鹽酸鹽的濃度~時間曲線一級擬合關系ln(C/C0)~線性較好(2=0.9986),且假一級速率常數(shù)為0.0619min-1,二級擬合關系1/C~線性較差(2= 0.9556),結(jié)合圖1和圖2,可以推斷二甲胺鹽酸鹽衰減趨勢符合一級反應動力學規(guī)律.

圖1 二甲胺鹽酸鹽的一級反應擬合曲線

圖2 二甲胺鹽酸鹽的二級反應擬合曲線

由表2數(shù)據(jù)進行氯胺一級和二級擬合作圖,所得結(jié)果如圖3、4所示.

從表2可以看出,在25℃,pH=7.5條件下,用隔離法實驗時,氯胺的濃度~時間曲線按假一級擬合ln(C/C0)~具有較好的線性關系(2=0.9938),而二級擬合線性關系1/C~均較差(2=0.9232),可以推斷氯胺的衰減趨勢符合一級反應動力學規(guī)律.結(jié)合圖3和圖4,可以推斷氯胺衰減趨勢符合一級反應動力學規(guī)律.

由上述結(jié)果可以看出,二甲胺鹽酸鹽和氯胺的衰減趨勢均符合一級動力學規(guī)律.由此得到以反應物為基礎的速率常數(shù)及其平均值,即反應的速率常數(shù).

二甲胺鹽酸鹽和氯胺反應的濃度~時間曲線分別求得的二級速率常數(shù)分別為7.4012×10-3,8.0421× 10-3mol-1·min-1,再由二者的平均值得到二甲胺鹽酸鹽和氯胺反應的速率常數(shù)7.7217×10-3mol-1·min-1,最終得到25℃下反應速率方程=7.7217×10-3[A][B].

表2 二甲胺鹽酸鹽和氯胺反應中的氯胺反應級數(shù)和速率常數(shù)

圖4 氯胺二級擬合曲線

2.2 二甲胺鹽酸鹽與氯胺反應的活化能研究

其他條件按2.1不變,將反應溫度分別設定為5和15℃,對二甲胺和氯胺測定C~數(shù)據(jù),進行線性擬合等處理,最后得到二甲胺鹽酸鹽與氯胺在這2個溫度條件下各自的反應級數(shù)、反應速率常數(shù)和平均值,見表3、4.結(jié)合2.1的研究結(jié)果可以求算得到反應的活化能,見表5.其中,表3中反應A為氯胺過量實驗,B為二甲胺過量實驗.

表3 不同溫度下二甲胺鹽酸鹽和氯胺反應擬合方程

表4 5、15和25℃下二甲胺鹽酸鹽和氯胺反應速率常數(shù)及平均值

從表3、4可以得到,根據(jù)實驗1.3.2速率方程推導式和表中數(shù)據(jù)得到以二甲胺鹽酸鹽和氯胺為基求得的反應速率常數(shù),取兩者平均值就可以得到二甲胺鹽酸鹽與氯胺反應的速率常數(shù).5、15和25℃條件下的反應速率常數(shù)分別為1.5361×10-3,1.8707×10-3, 7.7217×10-3mol-1·min-1.

表5 二甲胺鹽酸鹽和氯胺反應速率方程及活化能

由表5可以看出:5、15和25℃條件下反應速率方程分別為:=1.5361×10-3[A][B],=1.8707×10-3[A] [B]和=7.7217×10-3[A][B].由速率常數(shù)求得反應活化能為51.2712kJ/mol.隨著溫度的上升,反應速率增大,活化能大于0,即升溫有利于反應的進行.

2.3 討論

2.3.1 選用二甲胺鹽為反應物的合理性 眾所周知,一方面, 由于二甲胺在室溫下是氣體,沸點僅為7 ℃,故雖然其易溶于水,但是其水溶液在室溫條件下,二甲胺極容易揮發(fā),即使是處在極低濃度,其濃度還是不穩(wěn)定.因此,在實驗過程中對其濃度測定的可靠性會有影響.相比于文獻已有的二甲胺與氯胺反應動力學過程的研究[13],本文采用二甲胺的鹽酸鹽為反應物,由于二甲胺鹽酸鹽在水中溶解度比二甲胺高,且具有穩(wěn)定性好,不易揮發(fā)等特點,因此研究二甲胺鹽酸鹽與氯胺反應動力學過程所得結(jié)果可能更為準確、可靠.由本文實驗結(jié)果可知25℃,pH值7.5條件下時二甲胺鹽酸鹽與氯胺反應速率常數(shù)為7.7217×10-3mol-1·min-1,而文獻[13]中25℃,pH值為7條件下二甲胺與氯胺反應的反應速率常數(shù)為7.68× 10-2mol-1·min-1,產(chǎn)生這樣大的差異可能是反應原料和pH值條件不同對反應產(chǎn)生的影響.但是,值得注意的是,文獻[13]研究在除給出速率常數(shù)外,未能提供更多的反應動力學信息.另一方面,實際上在自然水體中,由大分子逐步降解產(chǎn)生小分子胺(包括氨分子),極少能夠以其分子形態(tài)的較高濃度形式存在,他們一旦生成就極易與水體中的無機鹽陰離子(包括鹽酸鹽)結(jié)合而以鹽形態(tài)的較高濃度形式存在.因此,選用二甲胺鹽酸鹽作為反應物研究,有利于提高實驗結(jié)果可靠性,且更貼近自然水體實際情況,并具有一定的代表性.

2.3.2 反應歷程對實驗誤差的影響 通常,實驗結(jié)果的誤差可分為隨機誤差和系統(tǒng)誤差.隨機誤差是指操作者和實驗過程隨機發(fā)生的干擾對測定結(jié)果的影響;而系統(tǒng)誤差則是指采用的實驗方法固有的誤差,例如,對本次研究應該是采用的檢測方法本身的精度,反應物濃度設置,包括隔離法中兩反應物濃度差的選定和一致性,等等.然而實際上,在本文實驗測定二甲胺鹽酸鹽和一氯胺反應動力學參數(shù)過程中,除了上述通常所指的各種誤差外,還存在來自于反應過程的干擾.由式(1)可知,二甲胺和一氯胺首先反應生成中間體UDMH等組分,最后才生成消毒副產(chǎn)物NDMA.因此,除了實驗參數(shù)測定過程的隨機和系統(tǒng)誤差外,還會有這些生成的中間產(chǎn)物參與的、同步消耗反應物的反應發(fā)生.特別是,一氯胺是極具氧化性的物質(zhì),完全可以對第一步反應生成的中間體進行進一步氧化,而消耗自身濃度.這樣,實驗測定的C~定量關系會受到影響.

雖然在理論上,本文在任一指定溫度下,應用隔離法和嘗試法測得的以兩個反應物為基的反應速率常數(shù)值應該一致,但是實際上兩者并不一致,不但存在差距,而且這個差距(表4中以反應物為基的速率常數(shù)平均值),隨著溫度升高而變大,說明生成的中間產(chǎn)物對反應物濃度與時間關系C~測定結(jié)果的明顯影響和這個影響的溫度效應.依據(jù)動力學參數(shù)求取方法的特點,研究過程如采用隔離法和初始濃度法(防止反應產(chǎn)物的干擾),同步提高隔離法中反應物濃度差的一致性,就有可能進一步提高上述研究結(jié)果的精度和可靠性.

3 結(jié)論

3.1 二甲胺鹽酸鹽與氯胺反應動力學研究結(jié)果表明:用隔離法測得各反應物假一級擬合線性較好(相關系數(shù)均30.9803),假二級擬合線性較差(相關系數(shù)均￡0.9556),因此可以推斷,對二甲胺鹽酸鹽和氯胺的反應為二級反應,而對每個反應物均符合一級反應動力學規(guī)律.

3.2 同一溫度條件下,由二甲胺鹽酸鹽和氯胺各自為基求得的反應速率常數(shù)較接近,取兩者平均值可得反應的速率常數(shù).隨著溫度的增加,速率常數(shù)增大,且反應活化能大于0,說明升溫有可加快反應的進行.

3.3 采用不同于文獻以二甲胺為原料的動力學研究方法,以二甲胺鹽酸鹽為反應物,不僅可以使反應體系中二甲胺分子在較高濃度下穩(wěn)定存在,提高其實驗參數(shù)測定可靠性,而且可能更為符合實際水體中二甲胺的存在狀況.

3.4 除了通常實驗的隨機和系統(tǒng)誤差對動力學參數(shù)檢測結(jié)果有影響之外,在本文研究的反應體系中,反應生成的各種中間體均可能參與消耗反應物的反應過程,影響動力學參數(shù)測定結(jié)果精度.用隔離法與初始濃度法組合有可能改進現(xiàn)有隔離法與嘗試法組合方法的實驗參數(shù)測定的精度和可靠性.

[1] 陳忠林,殷世忠,楊 磊,等.新型消毒副產(chǎn)物N-亞硝基二甲胺的研究進展[J]. 中國給水排水, 2007,23(22):6-11.Chen Z L,Yin S Z,Yang L,et al.N-Nitrosodimethylamine: A new disinfection by-product in water [J].China Water & Wastwater, 2007, 23(22):6-11.

[2] Nawrocki J, Andrzejewski P. Nitrosamines and water [J]. Journal of Hazardous Materials, 2011,189(1/2):1-18

[3] Chowdhury S, Rodriguez M J, Sadiq R. Disinfection byproducts in Canadian provinces: Associated cancer risks and medical expenses [J]. Chemical Hazards in Industry, 2011,187(1):574-584.

[4] Mitch W A, Sharp J O, Trussell R R, et al. N-Nitrosodimethylamine (NDMA) as a drinking water contaminant: A review [J]. Environment Engineering Science, 2003,20(5):389-404.

[5] Charrois J W A, Boyd J M, Froese K L, et al. Occurrence of N- nitrosamines in Albertapublic drinking-water distribution system [J]. Environment Engineering Science, 2007,6(1):103-114.

[6] Bei E, Shu Y, Li S, et al. Occurrence of nitrosamines and their precursors in drinking water systems around mainland China [J]. Water. Research, 2016,98:168-175.

[7] Wang W, Yu J, Wei A, et alOccurrence and profiling of multiple nitrosamines in source water and drinking water of China [J]. Science of the Total Environment, 2016,551-552:489-495.

[8] 呂 娟,沈 靜,曹先仲,等.藥物對A/A/O系統(tǒng)中NDMA及其總前體物去除的影響 [J]. 中國環(huán)境科學, 2015,35(5):1335-1342. Lv J, Shen J, Cao X Z, et al. Effects of pharmaceuticals on the removal of NDMA and NDMA total precursors in an anaerobic/ anoxic/ oxic System [J]. China Environmental Science, 2015,35(5):1335-1342.

[9] 韓 瑩,王濟禾,李 軍,等.氧化銅催化零價鐵還原水中亞硝基二甲胺 [J]. 中國環(huán)境科學, 2017,36(6):2100-2105. Han Y, Wang J H, Li J, et al. Copper oxide-catalyzed reduction of N-nitrosodimethylamine with zero-valent iron in water [J]. China Environmental Science, 2017,36(6):2100-2105.

[10] Ontario Ministry of the Environment and Energy .Drinking water protection—larger water works [EB/OL]. (2000-08-26)

[11] California Department of Health Services. NDMA in Californiadrinking water [EB/OL]. (2002-03-15)

[12] Leaveyroback S L, Krasner S W, Suffet I H. The effect of natural organic matter polarity and molecular weight on NDMA formation from two antibiotics containing dimethylamine functional groups. [J]. Science of the Total Environment, 2016,572:1231-1237.

[13] Sharma V K. Kinetics and mechanism of formation and destruction of N-nitrosodimethylamine in water – A review [J]. Separation purification Technology, 2012,88(2):1-10.

[14] Choi J, Valentine R L. Formation of N -nitrosodimethylamine (NDMA) from reaction of monochloramine: a new disinfection by-product [J]. Water. Research, 2002,36(4):817-824.

[15] Lim S, Lee W, Na S, et al. N-nitrosodimethylamine (NDMA) formation during ozonation of N, N-dimethylhydrazine compounds: Reaction kinetics, mechanisms, and implications for NDMA formation control [J]. Water. Research, 2016,105:119-128.

[16] West D M, Wu Q, Donovan A, et al. N-nitrosamine formation by monochloramine, free chlorine, and peracetic acid disinfection with presence of amine precursors in drinking water system. [J]. Chemosphere, 2016,153:521-527.

[17] 李瀟瀟.含PDMDAAC復合混凝劑的強化混凝脫濁效能及機制[D]. 南京:南京理工大學, 2012.Li X X. Studies on turbidity removel and mechanisms by enhanced coagulantion using composite coagulants containing poly- dimethyldiallylammonium [D]. nanjing: Nanjing University of Science and Technology, 2012.

[18] GB 5750.11-2006 生活中飲用水標準檢驗方法消毒劑指標 [S]. GB 5750.11-2006 Standard examination methods for drinking water disinfectants parameters [S].

[19] 張 勇,韓建榮,王春艷,等.環(huán)境空氣中二甲胺的測定[J]. 干旱環(huán)境監(jiān)測, 2008,22(4):193-195.Zhang Y, Han J R, Wang C Y, et al. Determination on dimethylamine in air [J]. Arid Environmental Monitoring, 2008,22(4):193-195

Kinetics of NDMA formation from dimethylaminehydrochlorate reacted with chloramine.

TANG Li-na, JIA Xu*, ZHANG Yue-jun

(Chemical Engineering School, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China)., 2019,39(4)：1464~1470

The kinetics of NDMA formation from dimethylamine hydrochlorate reacted with chloramine were studied. The correlation between the reactant concentration and reacting time was measured by the isolation method, and then the order of reaction, the reaction rate constant, and rate equationas well as theactivation energy of dimethylamine hydrochlorate reacted with chloramine were obtained by the tentative method. The reaction of dimethylamine hydrochlorate with chloramine in first step to form an intermediate was second order and first order for both the salt and chloramine. The rate constants of dimethylamine hydrochlorate reacted with chloramines were 1.5361′10-3, 1.8707′10-3and 7.7217′10-3mol-1×min-1at 5, 15 and 25℃, respectively. The reaction activation energyawas 51.27kJ/mol. The observed rate constants and the activation energy suggested that the reaction was better under high temperatures. Our results could provide experimental data for the reactionkinetics of dimethylamine and its derivatives with chloramines to form NDMA, and for therisk analysis of NDMA as disinfection by-products in the raw water treatment.

N,N-nitrosodimethylamine (NDMA)；dimethylamine；hydrochlorate；chloramines；reaction kinetics；activation energy

X131.2

A

1000-6923(2019)04-1464-07

2018-10-08

國家自然科學基金資助項目(21377054,51503100)

*責任作者, 副教授, jiaxu@njust.edu.cn

唐麗娜(1992-),女,安徽宿州人,南京理工大學碩士研究生,主要研究方向為環(huán)境水處理.