零价铝/锌降解水中阿特拉津及其机理研究

摘要

阿特拉津是一种曾被全世界广泛使用的三嗪类除草剂，在国内外自然环境中多次被检测出，对土壤和自然水体造成了严重的污染，同时它也是一种内分泌干扰物和潜在致癌物，会危害动植物和人类的健康。然而，阿特拉津难以被微生物降解、活性炭的吸附效果差，也不容易化学氧化，传统的水处理方法很难将其有效去除。高级氧化技术（如Fenton法、臭氧技术、光催化等）能高效去除水体中的阿特拉津，但是这些技术具有能耗高，不易操作等缺点，因此需要开发新的有效去除阿特拉津的方法。
　　本文分别采用了零价铝和零价锌两种零价金属活化氧气分子或者水分子降解阿特拉津，考察了影响阿特拉津降解的主要因素，探究了零价铝和零价锌体系降解阿特拉津的机理，最后通过LC-MS和GC-MS测得的中间产物确定了阿特拉津的降解路径。
　　第一部分主要开展了酸性条件下ZVAl/H+/O2体系去除溶液中阿特拉津的研究。结果表明，ZVAl/H+/O2体系能够有效去除水体中的阿特拉津。在25℃，铝粉用量为30g/L，阿特拉津初始浓度为20mg/L，pH=2.0的条件下，反应7h后阿特拉津的去除率达到95.0％。降解过程符合一级动力学模型，阿特拉津在ZVAl/H+/O2体系中的降解速率随着铝粉浓度的增大而增大。阿特拉津在ZVAl/H+/O2体系中的去除率随pH值得下降而上升。只有在pH＜4.0的条件下，零价铝才具备活化分子氧生成H2O2的能力，而通过H2O2分解得到的·OH是降解阿特拉津的主要活性物种。阿特拉津在被降解的同时，伴随着小分子中间产物的生成。本研究通过LC-MS检测到的一系列的中间产物，确定了阿特拉津的主要降解路径。
　　本论文第二部分开展了酸性条件下ZVZn/H+体系去除溶液中阿特拉津的研究。通过实验得到以下主要结论:零价锌酸洗体系能够有效还原降解水体中的阿特拉津，并且比零价铝体系的降解速率更快。锌粉浓度越大，溶液pH值越低，污染物浓度越小阿特拉津的降解效果越好，水中溶解氧和阴阳离子共存会抑制阿特拉津的降解。零价锌腐蚀过程会伴随电子的传递，水溶液中H+与电子结合被激发成为活泼氢(·H)。阿特拉津的主要降解方式是还原脱氯上氢，随着反应时间延长，我们发现三嗪环有被还原加氢的可能，证明了零价锌酸洗体系确实能改变阿特拉津的降解途径，为阿特拉津的进一步开环矿化提供了新思路。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 阿特拉津概述

1．1．1 阿特拉津的基本理化性质

1．1．2 阿特拉津的应用范围及污染状况

1．1．3 阿特拉津的环境危害

1．2 阿特拉津的处理技术

1．2．1 生物降解

1．2．2 光催化降解

1．2．3 超声化学降解

1．2．4 γ-辐射降解

1．2．5 Fenton和电Fenton降解

1．2．6 臭氧降解

1．3 零价金属降解污染物研究进展

1．3．1 零价铁降解污染物的研究进展

1．3．2 零价铝降解污染物的研究进展

1．3．3 零价锌降解污染物的研究进展

1．4 本论文的选题特色和主要内容

第二章 零价铝氧化降解阿特拉津的研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂

2．2．2 实验仪器

2．2．3 溶液配制

2．2．4 阿特拉津降解实验

2．2．5 阿特拉津检测方法

2．2．6 中间产物检测方法

2．2．7 活性氧物种捕获实验

2．2．8 双氧水及羟基自由基的测定

2．3 结果与讨论

2．3．1 氧气对ZVAl／H+／O2体系降解阿特拉津的影响

2．3．2 铝粉浓度对ZVAl／H+／O2体系降解阿特拉津效果的影响

2．3．3 pH值对ZVAl／H+／O2体系降解阿特拉津效果的影响

2．3．4 温度对ZVAl／H+／O2体系降解阿特拉津效果的影响

2．3．5 阿特拉津初始浓度对ZVAl／H+／O2体系降解阿特拉津效果的影响

2．3．6 水体中常见阴阳离子对ZVAl／H+／O2体系降解阿特拉津效果的影响

2．3．7 ZVAl／H+／O2体系反应过程中Al3+溶出的测定

2．3．8 ZVAl／H+／O2与ZVI／H+／O2体系降解阿特拉津的对比

2．3．9 ZVAl／H+／O2降解阿特拉津中间产物检测及降解途径分析

2．4 本章小结

第三章 零价锌还原降解阿特拉津的研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂

3．2．2 实验仪器

3．2．3 溶液配制

3．2．4 阿特拉津降解实验

3．2．5 阿特拉津检测方法

3．2．6 中间产物检测方法

3．2．7 活性氧物种捕获实验

3．2．8 零价锌粉的产氢实验

3．3 结果与讨论

3．3．1 锌粉浓度对阿特拉津降解效果的影响

3．3．2 溶液pH值对阿特拉津降解效果的影响

3．3．3 温度对阿特拉津降解效果的影响

3．3．4 污染物初始浓度对降解效果的影响

3．3．5 阴阳离子对降解效果的影响

3．3．6 溶液中溶解氧对降解效果的影响

3．3．7 溶液中Zn2+的溶出

3．3．8 锌粉反应前后的SEM及XRD表征

3．3．9 锌粉降解阿特拉津的机理探究

3．3．10 阿特拉津降解中间产物检测及降解途径分析

3．4 本章小结

第四章 总结及展望

参考文献

致谢