Al2O3和活性炭催化臭氧氧化降解鄰苯二甲酸二甲酯

海睿洋 張志婷 王志鵬 陳蕾

摘 要：鄰苯二甲酸酯是環(huán)境中最常見的持久性有機(jī)污染物之一，含鄰苯二甲酸酯的廢水用常規(guī)工藝難以有效處理。本文研究了Al2O3和活性炭催化臭氧氧化降解鄰苯二甲酸二甲酯的效果，希望為含鄰苯二甲酸酯類工業(yè)廢水的高效處理提供參考，對保障環(huán)境安全與人類健康有著重要的作用。

關(guān)鍵詞：臭氧; 鄰苯二甲酸酯; Al2O3; 活性炭

中圖分類號：X703.1? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ?文章編號：1006-3315（2021）7-143-002

鄰苯二甲酸酯是環(huán)境中最常見的持久性有機(jī)污染物之一，是由醇與鄰苯二甲酸反應(yīng)生成的一類有機(jī)化合物，目前已被報(bào)道的有三十多種[1]。鄰苯二甲酸酯廣泛用作增塑劑被添加在油漆、潤滑劑、粘合劑、塑料包裝和個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品中。由于鄰苯二甲酸酯不與其他聚合物分子形成化學(xué)鍵，彼此保持其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，因此，在這些產(chǎn)品的生產(chǎn)、使用和廢棄過程中，鄰苯二甲酸酯容易被釋放至環(huán)境中，造成環(huán)境污染。鄰苯二甲酸酯在海水、河流湖泊及其沉積物中的污染已在多個(gè)國家和地區(qū)被發(fā)現(xiàn)[2]。已有的研究表明鄰苯二甲酸酯對生物的毒性包括急性毒性、生殖毒性及內(nèi)分泌干擾效應(yīng)等[3]。

傳統(tǒng)的水處理工藝并不能有效地去除工業(yè)廢水中的鄰苯二甲酸酯類污染物，而臭氧氧化工藝對鄰苯二甲酸酯的降解有一定的效果?；钚蕴?、金屬和金屬氧化物負(fù)載、金屬混合物等在內(nèi)的非均相催化劑是常用的臭氧催化劑[4]。因此本文將對比研究Al2O3和活性炭催化臭氧氧化降解鄰苯二甲酸二甲酯的效果，為含鄰苯二甲酸酯類工業(yè)廢水的高效處理提供參考。

1.材料與方法

鄰苯二甲酸二甲酯（分析純）購自美國阿拉丁試劑公司。將鄰苯二甲酸二甲酯粉末溶于超純水配制母液，并按0.5、1、2、5、10、25、50mg/L的濃度梯度稀釋后測定標(biāo)準(zhǔn)曲線。鄰苯二甲酸二甲酯的濃度采用高效液相色譜儀進(jìn)行檢測[5]。

降解反應(yīng)在1L的錐形瓶中進(jìn)行。鄰苯二甲酸二甲酯的初始濃度為50mg/L。臭氧通過臭氧發(fā)生器制得，反應(yīng)系統(tǒng)中臭氧濃度為15mg/L。Al2O3和活性炭均購自南京化學(xué)試劑股份有限公司，投加量均分別為0mg/L、1.0mg/L、1.5mg/L、2.0mg/L、2.5mg/L。實(shí)驗(yàn)在25±1℃條件下進(jìn)行。反應(yīng)30min后，取20mL的溶液樣品，立即使用0.10mol/L的Na2S2O3終止反應(yīng)，過濾后測定鄰苯二甲酸二甲酯的濃度。

2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1Al2O3催化臭氧氧化降解工藝

Al2O3催化臭氧氧化降解鄰苯二甲酸二甲酯的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

單獨(dú)2.0mg/L的Al2O3對鄰苯二甲酸二甲酯的吸附作用僅為12.86%，臭氧與Al2O3結(jié)合后，降解率提升。當(dāng)Al2O3投加量增大至2.0mg/L時(shí)，鄰苯二甲酸二甲酯的降解率為98.89%;繼續(xù)增大Al2O3投加量至2.5mg/L時(shí)，鄰苯二甲酸二甲酯的降解率降低至97.79%。隨著Al2O3投加量增大，催化劑活性位點(diǎn)增多，有利于活性自由基的產(chǎn)生，同時(shí)Al2O3對鄰苯二甲酸二甲酯的吸附作用增強(qiáng)，提升了鄰苯二甲酸二甲酯的降解。但是，隨著Al2O3的投加量進(jìn)一步增大，Al2O3與鄰苯二甲酸二甲酯競爭·OH，此時(shí)催化劑既是·OH的促進(jìn)劑，也是抑制劑，類似的現(xiàn)象也曾報(bào)道過[6]。因此Al2O3最佳的投加濃度為2.0mg/L。

2.2活性炭催化臭氧氧化降解工藝

活性炭催化臭氧氧化降解鄰苯二甲酸二甲酯的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

2.0mg/L的活性炭投加后的鄰苯二甲酸二甲酯的吸附率為19.75%，臭氧通入后，降解率提升。當(dāng)Al2O3投加量增大至2.5mg/L時(shí)，鄰苯二甲酸二甲酯的降解率增加至96.09%。因此，活性炭的最佳投加量為2.5mg/L。

此外，雖然2.0mg/L的活性炭比Al2O3對鄰苯二甲酸二甲酯的吸附去除作用強(qiáng)，但通入臭氧反應(yīng)30min后，活性炭催化臭氧體系對鄰苯二甲酸二甲酯的降解率比Al2O3催化臭氧體系對鄰苯二甲酸二甲酯的降解率低3.2%。這說明Al2O3對臭氧的催化效率優(yōu)于活性炭對臭氧的催化效率。

3.小結(jié)

通過以上研究，發(fā)現(xiàn)Al2O3和活性炭都能有效催化臭氧，提高鄰苯二甲酸二甲酯的降解率。2.0mg/L的Al2O3催化臭氧體系中，鄰苯二甲酸二甲酯的降解率達(dá)到98.89%;2.5mg/L的活性炭催化臭氧體系中，鄰苯二甲酸二甲酯的降解率達(dá)到96.09%?？梢夾l2O3臭氧的催化效率更高，Al2O3催化臭氧氧化技術(shù)將是實(shí)現(xiàn)含鄰苯二甲酸酯工業(yè)廢水高效處理的一種極具前景的水處理技術(shù)。

資助項(xiàng)目：江蘇省大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目，編號：202010298036Z

參考文獻(xiàn)：

[1]張威振，賴子尼，趙李娜，等.環(huán)境中鄰苯二甲酸酯類污染物的研究進(jìn)展[J]中國漁業(yè)質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)，2014，4（4）：13-20

[2]Gasperi J， Dris R， Bonin T， et al. Assessment of floating plastic debris in surface water along the Seine River[J].Environmental Pollution， 2014， 195：163-166

[3]張悅，袁騏，蔣玫，等.鄰苯二甲酸酯類毒性及檢測方法研究進(jìn)展[J]環(huán)境化學(xué)，2019，38（5）：1035-1046

[4]Liao M， Chen J， Li L， et al. Effective degradation of nitrotoluenes in wastewater by heterogeneous catalytic ozonation in the presence of calcium oxide[J]Aip Conference Proceedings， 2017， 1890（1）： 1-12

[5]Zhang Z M， Zhang H H， Zhang J， et al. Occurrence， distribution， and ecological risks of phthalate esters in the seawater and sediment of Changjiang River Estuary and its adjacent area [J]Science of the Total Environment， 2018， 619-620： 93-102

[6]任明，孫淑英，金艷，等.催化臭氧氧化法處理煤化工高鹽廢水[J]環(huán)境工程，36（8）：59-64