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測地所在含有機膦廢水的氧化降解過程與機制研究取得進展
2019-05-20| 【 】|閱讀次數: |文章來源:

  有機膦酸鹽由于對金屬離子具有極強的螯合能力,具有緩蝕與阻垢雙重功效,其在反滲透法廢水凈化與海水淡化等領域具有廣泛應用,同時在石油工業、冷卻系統以及制藥工業中也有廣泛應用。在反滲透廢水回用過程中,高濃度有機膦酸鹽阻垢劑的存在限制了濃縮廢水的再利用率。因此,去除反滲透廢水中有機膦阻垢劑有利于進一步提高廢水的回用效率。另一方面,有機膦酸鹽常常包含多個膦酸官能團和胺基骨架結構,在自然水體中易發生緩慢的降解而連續釋放生物可利用的正磷酸鹽。因此,直接排放含有有機膦酸鹽的反滲透廢水或其他廢水會加速水體富營養化,而且在受納水體中,有機膦酸鹽會與金屬離子螯合,增加金屬的生物利用度和毒性。因此,在含有機膦酸鹽廢水排放之前,迫切需要去除有機膦酸鹽。 

  然而,目前經濟高效的有機膦酸鹽去除技術還較為欠缺。測地所環境與災害監測評估湖北省重點實驗室王智副研究員聯合加州大學河濱分校Haizhou Liu副教授團隊研究了紫外光/過硫酸鹽氧化體系對一種典型有機膦酸鹽(Nitrilotris-methylenephosphonic acid, NTMP)的降解過程與機制。結果表明,紫外光/過硫酸鹽能有效地降解NTMP,反應遵循偽一級動力學。中性條件有利于NTMP降解,在高堿性條件下(pH11.5)降解受到明顯抑制,這主要是由于硫酸鹽自由基SO4濃度降低所致。利用化學探針精密測量技術,首次定量了反應體系中兩種主要自由基SO4HONTMP反應的二級動力常數分別為(2.9 ± 0.6) × 107 M-1s-1(1.1 ± 0.1) × 108 M-1s-1SO4NTMP降解起主要作用(62%-95%),在pH 4 ~ 11.5之間,SO4的穩態濃度比HO11-54倍。在實際含有機膦酸鹽的廢水中,氯化物和碳酸氫鹽的存在會顯著影響NTMP的降解速率。通過降解產物的測定,我們確定了NTMP的降解路徑。經濟性比較表明,紫外光/過硫酸鹽氧化體系降解NTMP的費用僅為紫外光/雙氧水降解體系的5%-45%。該研究表明,紫外/過硫酸鹽氧化法是一種經濟高效的有機膦酸鹽類污染物去除技術,可用于類似廢水的深度處理與回用,在當前水生態環境保護與水資源回用中發揮重要作用。 

1 紫外光/過硫酸鹽降解NTMP機理模型

2 pHNTMP降解影響實測值與模型計算值

  3 (a)紫外-過硫酸降解體系中磷酸鹽生成速率與總有機碳降解速率的關系;

(b)NTMP降解路徑 

  該研究得到中國科學院創新青年促進會、中國科學院公派出國留學計劃、湖北省晨光計劃以及美國自然科學基金資助。研究成果“Degradation of Nitrilotris-Methylenephosphonic Acid (NTMP) Antiscalant via Persulfate Photolysis: Implications on Desalination Concentrate Treatment” 為題于51日發表在水資源水環境領域一區Top期刊Water Research (IF 7.051) 

  全文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043135419303689 

 

 
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