Fe(Ⅵ)-TiO2纳米管光降解亚硝基二甲胺机理研究

摘要

由于人口膨胀、全球变暖，环境污染等问题的日益严重，使得人们对于水质有了新的要求，对于水质的意识也渐渐强化。在常规水处理中的氯化消毒，因其成本低、效果好、操作简便等优点，已经成为人类饮用水处理不可缺失的一部分。但是近年来的研究发现，含氮消毒副产物毒性大于已经发现的三卤甲烷、卤乙酸等含碳的消毒副产物。由于含氮消毒副产物毒性强，并能影响人的神经、新陈代谢、以及其他免疫方面，因而在水处理中得到了广泛的关注。其中亚硝基二甲胺(NDMA)作为极易检出的一类含氮消毒副产物，在美国加利福尼亚和加拿大地表水中均有检出。亚硝基二甲胺是一种致癌性消毒副产物，其致癌等级被美国环保总局设定为B2。在亚硝基二甲胺暴露浓度为0.7ng/L时，其理论上的致癌风险系数将达到10-6。其毒理学报告显示亚硝基二甲胺能长期影响人体，引起肝癌、肺癌以及神经系统的损伤。因此如何有效地减少和防止消毒副产物亚硝基二甲胺成为目前较为迫切的研究热点。
　　本研究首先采用了固相微萃取法对NDMA进行收集，利用气相色谱-质谱联用仪GC-MS检测，确定了NDMA最佳实验分析方法，并用GC-MS对NDMA的浓度进行了测定。同时，利用阳极氧化法确定了二氧化钛纳米管的制备方法，该制备方法的优点为:操作方法简便、反应的条件温和、二次污染少。研究中，运用了场发射扫描电子显微镜SEM、X射线衍射仪XRD对二氧化钛纳米管进行了表征，制备的TiO2纳米管的晶型为金红石相和少量锐钛相的混合状态。其次，考察了不同二氧化钛纳米管投加量、不同pH值、不同初始浓度、不同溶解氧等条件对二氧化钛纳米管光催化降解NDMA的影响。此外，研究了成本低且安全、快速的高铁酸钾制备方法。在此基础上，利用高铁酸钾协同二氧化钛纳米管对NDMA进行了氧化降解。对不同初始浓度的高铁酸钾、不同pH值的条件对高铁酸钾协同二氧化钛纳米管光催化降解NDMA的影响进行了考察。实验中采用近可见光365nm波长的光源对NDMA进行了光催化降解。实验发现，1mg/LNDMA水溶液在pH=7时反应180min内可降解98％，充分说明了高铁酸钾协同二氧化钛纳米管光催化降解NDMA具有良好效果。氧化反应中，高铁酸钾协同二氧化钛纳米管光催化降解水中NDMA产生的降解产物主要有二甲胺、亚硝酸盐、硝酸盐。在降解反应时间30min内，在高铁酸钾的氧化作用下，二甲胺未检出。待高铁酸钾消耗完毕后，二甲胺开始生成。实验发现，二甲胺、亚硝酸盐、硝酸盐、次氯酸钠等存在的条件下，会再次生成NDMA。生成实验结果证明，在黑暗恒温的条件下，其生成NDMA的量随着时间逐渐增大。且在中性条件下，NDMA的生成量最大。高铁酸钾的投加不仅加速了NDMA降解的速度，还抑制了二甲胺的生成，因此高铁酸钾协同二氧化钛纳米管光催化可以有效地降解水中NDMA。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 概述

1．2 NDMA的研究现状及存在问题

1．2．1 NDMA的简介

1．2．2 NDMA的物化特性及毒性

1．2．3 NDMA的分析检测技术

1．2．4 NDMA的去除技术

1．3 课题研究目的及意义

2 实验分析方法和实验内容

2．1 材料和设备

2．1．1 药剂和试剂

2．1．2 主要仪器

2．2 分析方法

2．2．1 NDMA的检测分析方法

2．2．2 高铁酸钾的分析方法

2．2．3 降解产物的分析方法

2．3 实验内容

2．3．1 实验技术路线

2．4 实验步骤

2．4．1 TiO2纳米管的制备

2．4．2 高铁酸钾的制备

2．4．3 NDMA的生成实验

3 不同影响因素对光催化降解NDMA的效能研究

3．1 初始浓度对光催化降解NDMA的影响

3．1．1 TiO2纳米管和高铁酸钾的表征

3．1．2 实验用灯不同波长下的辐照强度

3．1．3 不同初始浓度对光催化降解NDMA的影响

3．2 pH对光催化降解NDMA的影响

3．3 催化剂投加量对光催化降解NDMA的影响

3．4 溶解氧对光催化降解NDMA的影响

3．5 本章小结

4 高铁酸钾协同TiO2纳米管光降解NDMA的效能研究

4．1 高铁酸钾的自衰减

4．2 pH值对高铁酸钾协同TiO2纳米管降解NDMA的影响

4．3 高铁酸钾初始浓度对协同降解NDMA的影响

4．3．1 高铁酸钾对NDMA的氧化降解

4．4 协同反应与TiO2纳米管光催化反应的对比研究

4．5 本章小结

5 降解机理

5．1 NDMA的降解产物

5．1．1 降解产物二甲胺

5．1．2 降解产物硝酸根及亚硝酸根

5．2 NDMA的降解机理

5．2．1 NDMA的降解机理

5．2．2 NDMA降解后的再生成机理

5．3 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

作者简介