高锰酸钾对三种氯酚类化合物的氧化降解研究

摘要

氯酚化合物(CPs)是一类应用广泛且具有较强毒性的有机污染物，它们在各种水环境中被频繁检出。由于其在水中难于自然降解且能持久存在，会对水生态环境及人类健康构成严重威胁，因此，对水中的氯酚类化合物进行控制研究，对于保护水生态环境与人类健康都具有重要意义。
　　高锰酸钾作为水处理中常用的氧化剂，具有使用方便，价格便宜和氧化性强等特点，已经成功应用于我国多个自来水厂。所以，本研究选择高锰酸钾为氧化剂，对三种氯酚类化合物——4-氯酚（4-CP）、2，4-二氯酚(2，4-DCP)和2，4，6-三氯酚（2，4，6-TCP）进行降解研究，以期为水处理中能有效控制氯酚类化合物提供理论依据。
　　研究表明，高锰酸钾与三种氯酚的氧化反应总体上为二级反应，但分别就两种反应物来讲是一级反应关系。随着高锰酸钾投量的增高和反应温度的升高，三种氯酚的降解速率加快，并且反应速率常数符合2，4，6-TCP＞2，4-DCP＞4-CP的顺序。随体系pH的升高，4-CP与2，4-DCP的反应速率常数先是降低，在pH5.0时达最低，然后逐渐升高，当pH值＞pKa值时，二者的反应速率常数又迅速下降;而2，4，6-TCP的反应速率常数随pH的升高一直呈下降趋势。
　　水中的背景成分对高锰酸钾氧化降解三种氯酚会产生很大影响，其中Al3+表现出一定的抑制作用，而PO43-、HCO3-、Fe3+、Mn2+、草酸盐、柠檬酸盐与腐殖酸则表现出一定的促进作用。在这些促进作用中，以Mn2+与腐殖酸的存在最为明显，但这种促进作用普遍受到pH的影响，在酸性至中性条件下三种氯酚的去除速率明显快于空白对照组，而在碱性条件下，促进作用变得不明显甚至呈现出一定抑制作用。研究还发现，不论是酸性条件还是碱性条件下，实际水体中三种氯酚的去除率都明显高于纯水体系，且以酸性条件下去除率增加的幅度最大;但不论是何种pH条件，实际水体中三种氯酚去除率增加的幅度均遵循4-CP＞2，4-DCP＞2，4，6-TCP的规律。这说明用高锰酸盐氧化控制水中的氯酚类化合物是实际可行的。
　　利用光谱扫描技术对KMnO4氧化过程进行了研究，初步推测KMnO4对三种氯酚的氧化降解主要是以MnO4-的还原产物Mn(V)与新生态MnO2为主的活性中间体发挥作用，共存成分Mn2+、腐殖酸等的参与加速了这些活性中间体的生成并增大了它们的生成量，从而加快了三种氯酚的降解速率。此外，本研究还采用固相萃取(SPE)/相色谱-质谱联用(GC-MS)技术对三种氯酚的降解产物进行了定性分析，推测了氯酚的降解路径。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 氯酚化合物简介

1．1．1 氯酚化合物

1．1．2 氯酚化合物来源与用途

1．1．3 氯酚化合物的危害

1．2 国内外研究现状分析

1．2．1 氯酚化合物的污染现状

1．2．2 氯酚化合物的控制技术现状

1．3 研究目的与意义

1．4 主要研究内容

第二章 实验材料与方法

2．1 实验材料

2．1．1 化学试剂

2．1．2 实验仪器

2．2 实验方法

2．2．1 高锰酸钾氧化实验

2．2．2 目标物检测方法与标准曲线的测定

第三章 高锰酸钾对氯酚的氧化降解

3．1 高锰酸钾投量对氯酚去除的影响及动力学研究

3．1．1 高锰酸钾投量对氯酚去除的影响

3．1．2 氯酚降解动力学研究

3．2 温度对高锰酸钾去除氯酚的影响

3．3 pH对高锰酸钾氧化降解氯酚的影响

3．4 本章小结

第四章 共存成分对高锰酸钾氧化氯酚的影响

4．1 常见阴阳离子对氯酚氧化的影响

4．1．1 PO43-对高锰酸钾氧化氯酚的影响

4．1．2 Al3+对高锰酸钾氧化氯酚的影响

4．1．3 HCO3-对高锰酸钾氧化氯酚的影响

4．1．4 Fe3+对高锰酸钾氧化氯酚的影响

4．1．5 Mn2+对高锰酸钾氧化氯酚的影响

4．2 常见络合剂对氯酚氧化的影响

4．2．1 草酸盐对氯酚氧化的影响

4．2．2 柠檬酸盐对氯酚氧化的影响

4．2．3 腐殖酸对氯酚氧化的影响

4．3 实际水体中氯酚的降解研究

4．4 本章小结

第五章 高锰酸钾氧化降解氯酚的机理

5．1 高锰酸钾氧化氯酚过程中各价态锰的变化

5．2 氯酚降解路径分析

5．3 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间所发表论文