水杨酸在水溶液中的光化学降解研究

摘要

水杨酸(SA)作为一种用途极广的消毒防腐剂，在多种环境水体中被检测出来。水杨酸对呼吸道有刺激性，吸入后引起咳嗽和胸部不适；对眼有刺激性，长时间接触可致眼损害；长时间或反复皮肤接触可引起皮炎，甚至发生灼伤；摄入发生胃肠道刺激、耳鸣及肾损害；对水体和大气可造成污染。水杨酸进入环境后，会对生态系统产生一定的危害。光降解是其在水环境中发生降解的一种重要途径。本文主要研究了在模拟自然光照条件下，自然水体中各种主要离子对水杨酸环境行为的影响。
　　确定采用高效液相色谱法测定水体中水杨酸的监测分析方法后，首先研究了水杨酸在光、暗条件下的降解情况。研究表明，在没有光源照射的情况下，水杨酸几乎没有降解，而在500W氙灯照射下，水杨酸发生了降解，说明光降解是其降解的一种重要途径。通过对不同初始浓度的水杨酸进行光降解试验，发现光降解速率随着初始浓度的增加而降低，反应速率与反应物浓度的一次方成正比，说明水杨酸的光降解符合一级反应动力学。
　　通过通入氧气和氮气来研究不同含氧量对水杨酸的光降解产生的影响，研究表明在光照条件下，通入氧气时，促进降解；通入氮气时，抑制降解。这是由于水杨酸的光降解可以分为直接光降解，间接光降解和自敏化光降解，通入氧气时，存在的大量溶解氧可以促进激发态水杨酸发生间接光解和自敏化光解，降解速率增大；通氮气时，反应在无氧条件下进行，只可能发生直接光解，降解速率减小。
　　然后研究了水中各种无机氮形态(NO3-，NO2-和NH4+)单独存在时，以及环境pE值发生变化，氧的形态发生转换时，水杨酸光降解的情况。研究表明，NO3-和NO2-在光照条件下能够产生活性基团，活性物质可以和水杨酸分子发生自敏化反应，从而促进降解，但是由于亚硝酸根可以猝灭溶液中的一些羟基自由基，从而导致加入亚硝酸根时的降解速度比加入硝酸根时要慢一些；NH4+的光稳定性很强，所以铵根离子的加入对水杨酸的光降解几乎没有影响。在研究不同pE值对水杨酸光降解时，发现光降解速率随着pE的增大先增大后减小再增大，表明亚硝酸根和铵根共存时，主要表现为NO2-的影响；硝酸根和亚硝酸根共存时，对水杨酸的光解存在着拮抗作用。亚硝酸离子能够与硝酸根离子光敏化产生的羟基自由基反应，生成不活泼的物质，从而抑制硝酸根离子对水杨酸的降解速率。
　　同时考察了pH以及环境水体中不同的共存物质对水杨酸光降解的影响，研究表明pH在5-8范围内时，光降解速率随pH的增大而增大；Zn2+和Cl-在高浓度的时候能够对水杨酸的光降解产生一定的影响，Zn2+抑制光降解，而Cl-促进光降解，但影响都很小；Cu2+和腐殖酸都能够非常明显的抑制水杨酸光降解的进行，抑制率随浓度的增加而增大；阴离子表面SDBS活性剂能够对水杨酸的光降解产生非常明显的促进作用，在低浓度的时候随浓度的增加而增大，而达到一定浓度之后随浓度的增加而有所减小；Fe3+在低浓度的时候能够对水杨酸的光降解起到明显的促进作用，促进率随浓度的增大而增加，而达到一定浓度之后，促进率随浓度的增大而减小，进一步加大浓度会出现抑制作用。