Co2+活化過氧單磺酸鹽降解三氯生的條件優(yōu)化及機(jī)理探討*

宋 洲 劉 田 盧顯鵬 羅火焰 周宇齊 董學(xué)林

(湖北省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心，湖北 武漢 430034)

三氯生(TCS)是一種高效的廣譜抗菌劑，已被廣泛用于個(gè)人護(hù)理品、消毒及醫(yī)藥用品和工業(yè)用品中。研究表明，傳統(tǒng)的水處理工藝難以有效降解TCS[1-2]，因此TCS會(huì)隨污水處理廠出水進(jìn)入受納水體[3-4]。TCS具有生物累積性和遺傳毒性[5]，會(huì)對(duì)水環(huán)境安全造成不利影響[6-7]。因此,有必要對(duì)水體中TCS的降解進(jìn)行研究。

在TCS的降解研究中，諸如甲基三氯生[8]、二噁英[9]、氯仿[10]和2,4-二氯酚(2,4-DCP)[11]等有毒中間產(chǎn)物更是引起了廣泛關(guān)注，這些產(chǎn)物比TCS毒性更強(qiáng)，會(huì)危及人體健康。其中的氯仿和2,4-DCP已被中國和美國列入優(yōu)先控制有毒污染物名單。因此，開展水體中TCS的降解研究，除了關(guān)注其本身的降解效果之外，有毒中間產(chǎn)物的生成與累積情況亦是研究的重點(diǎn)。

本研究采用Co2+/PMS體系降解TCS，同時(shí)考慮了中間產(chǎn)物2,4-DCP的產(chǎn)生、累積情況，通過PMS濃度、溶液初始pH和Co2+濃度等降解條件的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)TCS高效降解的同時(shí)抑制優(yōu)先控制有毒污染物2,4-DCP的累積，并定性分析了TCS降解機(jī)理。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)方法

在100 mL的錐形瓶中配入一定濃度的TCS、Co2+溶液后用硝酸或氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液初始pH，加入不同質(zhì)量的PMS引發(fā)反應(yīng)，定時(shí)取樣后用0.1 mL甲醇作為淬滅劑終止反應(yīng)。反應(yīng)溫度控制為25 ℃，振蕩速率控制為150 r/min，每個(gè)實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次取平均值。

1.2 分析方法

采用Agilent 1100高效液相色譜儀對(duì)TCS進(jìn)行分析。色譜柱為kromasil C18柱(150 mm×4.6 mm，5 μm)，流動(dòng)相為甲醇和pH為3.40的磷酸緩沖液(體積比為75∶25)，流速為1.0 mL/min，進(jìn)樣量為50 μL，紫外檢測(cè)波長(zhǎng)為230 nm。

采用Thermo Accela液相色譜儀/LTQ XL離子阱質(zhì)譜儀分析TCS降解中間產(chǎn)物。色譜柱為Accucore C18柱(50 mm×2.1 mm，2.6 μm)，流動(dòng)相為甲醇和水，流速為0.35 mL/min，進(jìn)樣量為10 μL，梯度洗脫程序?yàn)轶w積分?jǐn)?shù)5%的甲醇保持1 min，經(jīng)9 min甲醇體積分?jǐn)?shù)升至98%，保持15 min，再經(jīng)0.01 min甲醇體積分?jǐn)?shù)降至5%，平衡4.99 min。質(zhì)譜采用電噴霧離子化，負(fù)離子檢測(cè)模式，霧化氣溫度為300 ℃，噴霧電壓為3 kV，鞘氣壓為6 125 kPa、輔助氣壓為875 kPa，金屬離子傳輸管溫度為300 ℃，質(zhì)譜掃描范圍為100～1 000 u，掃描方式為數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)多級(jí)質(zhì)譜全掃描(DDPT)。

2 結(jié)果與討論

2.1 Co2+/PMS體系降解效果初探

圖1 Co2+/PMS體系對(duì)TCS的降解效果初探Fig.1 Pre-test of Co2+/PMS system for TCS degradation

2.2 降解條件優(yōu)化

2.2.1 PMS濃度

圖2 PMS摩爾濃度對(duì)TCS降解效果的影響Fig.2 Effect of PMS molar concentration on the degradation of TCS

2.2.2 溶液初始pH

Co2++H2OCoOH++H+

(1)

(2)

(3)

2.2.3 Co2+濃度

圖3 pH對(duì)TCS降解效果的影響Fig.3 Effect of pH on the degradation of TCS

(4)

2.3 中間產(chǎn)物分析及機(jī)理推斷

圖4 Co2+摩爾濃度對(duì)TCS降解效果的影響Fig.4 Effect of Co2+ molar concentration on the degradation of TCS

表1 TCS降解中間產(chǎn)物

圖5 Co2+/PMS體系降解TCS反應(yīng)途徑Fig.5 The pathways of TCS degradation in Co2+/PMS system

3 結(jié) 論

(1) 在溶液初始pH=7，Co2+和PMS摩爾濃度分別為10.0 μmol/L和1.00 mmol/L的優(yōu)化條件下，Co2+/PMS體系反應(yīng)30 min，TCS(34.5 μmol/L)的降解率即可達(dá)到99.4%。雖然降解過程中有2,4-DCP的產(chǎn)生與累積，但反應(yīng)延長(zhǎng)至120 min，其摩爾濃度可以降至0.38 μmol/L，低于EPA-822-R-02-047限值0.47 μmol/L。