染料类、芳香族硝基类有机物的辐射降解研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 马红娟 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2009-05-14 |
| 授予单位 | 中国科学院上海应用物理研究所 |
| 授予地点 | 上海应用物理研究所 |
| 导师 | 姚思德 |
| 关键词 | 射线辐射降解 紫外光 刚果红 对-硝基苯胺 激光光解 脉冲辐解 |
| 其他题名 | Radiation Degradation of Dyes and Aromatic Nitro Compounds |
| 中文摘要 | 本文就世界水资源和水污染现状，废水治理技术的进展，以及辐射技术在污水治理中的应用现状进行了全面展示和分析，提出了本博士论文研究课题意义和需要解决的科学问题。选取活性染料和芳香族硝基类物质作为水中有机污染的模型化合物，使用射线、电子束和紫外光辐照、稳态产物分析以及脉冲辐解和激光光解，研究其辐射降解机理和动力学，为这类有机污染废水的辐射降解处理提供有益启示。论文主要内容主要包括四个部分： 一、利用60Co射线、电子束辐照刚果红(Gongo Red,CR)水溶液。通过CR水溶液辐照前后紫外吸收光谱、CR废水的脱色率、溶液总有机碳（TOC）的去除率测定，研究了CR的辐射降解效果。同时通过改变废水溶液气氛、初始pH值、添加不同浓度H2O2 和TiO2，考察了这些物理化学条件对水溶液中CR辐射降解的影响规律。结果表明，60Co射线、电子束辐照是一种去除水体中染料CR的有效方法，其降解效率在不同体系中均可以达到100%，添加H2O2、TiO2可以有效提高CR的降解效率。但CR降解后被转换成小分子有机物，即使在高剂量下辐照下，水中TOC去除率仅达到69%。使用脉冲辐解和激光光解，获得CR分别与•OH和eaq-反应生成中间产物的瞬态吸收光谱，并测得相应反应速率常数。用HPLC-MS对CR的降解产物进行定性分析，初步推测了CR的辐射降解机理。 二、利用60Co射线辐照对-硝基苯胺(p-nitroaniline,p-NA)水溶液，通过p-NA的辐射降解率、溶液TOC去除率，考察p-NA在辐照下的降解和矿化效果。设计各种辐照体系，研究了水辐解产生的各种活性粒子对p-NA的降解效果。结果表明，辐照是一种去除水体中p-NA的有效方法，其降解率在不同体系中均可以达到100%，与上述CR一样，高剂量下的TOC去除率达到30%以上。用脉冲辐解研究，获得p-NA分别与•OH和eaq-反应生成中间产物的瞬态吸收光谱，并测得相应反应速率常数。用GC-MS对p-NA的降解产物进行分析，结合密度泛函理论计算初步推测了p-NA在•OH作用下的降解机理。 三、利用254 nm紫外光照p-NA乙腈(MeCN)溶液，测得溶液中p-NA 的降解效率顺序如下：UV/(O2 + H2O2) > UV/H2O2 > UV。由H2O2光分解生成的•OH 可以极大地提高254 nm对p-NA的光降解效率，同样 O2 的引入可以提高 •OH对p-NA的降解效率。使用激光光解研究了p-NA在MeCN中的光化学行为，发现p-NA 在MeCN 溶液中能分别被266 和355 nm激光同时光电离和光激发。添加β-胡萝卜素(β-carotene)，通过激发能转移验证了3p-NA*的存在，记录了3p-NA*的特征瞬态吸收谱，测定了3p-NA*自猝灭常数。采用ESR 技术研究了p-NA对单线态氧(1O2*)的猝灭。同时用355 nm激光研究了3p-NA*在MeCN和H2O的混合溶剂中的光解，得到混合溶剂中p-NA产生光激发和光电离的比例。结果表明在p-NA光解过程中光电离占主导地位。首次用266 nm激光，向p-NA光解体系中加入H2O2 的方法研究了 p-NA与 •OH反应机理。得到了p-NA与 •OH反应的瞬态吸收谱，测得了该反应的速率常数。 四、利用254 nm紫外光降解p-NA水溶液，结果发现很难直接从水溶液中去除p-NA，有O2条件下降解率也没有提高。在体系中加入一定量的H2O2之后降解效率得到了很大程度的提高，即 O2 可协同 •OH降解p-NA，10 min 254 nm光照即可完全去除p-NA。离子色谱分析结果表明，加入H2O2经紫外光照，p-NA被矿化生成了NO3- 和NH4+。用激光光解研究了p-NA在水溶液中的光化学性质，在水溶液中266 nm激光可以使p-NA发生光电离，生成阳离子自由基(p-NA•+)和eaq-，同时通过eaq-测定，测得了p-NA在266 nm激光下光电离量子产额。使用SO4•−氧化体系，得到p-NA•+的特征瞬态吸收，验证了上述光电离过程中生成的p-NA•+，测定了p-NA•+的pKa值。总结p-NA在水溶液中紫外光照下的去除机理为，氮气氛下p-NA被254 nm紫外光光电离，生成p-NA•+和eaq-。p-NA•+经由快速脱质子过程，转变为寿命更长的中性自由基，该自由基经由复合反应生成p-NA的二聚或多聚，使溶液的颜色加深并有沉淀产生，导致紫外光直接去除水体中的p-NA。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-11 |
| 页码 | 138 |
| 源URL | [http://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/7324]  |
| 专题 | 上海应用物理研究所_中科院上海应用物理研究所2004-2010年 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 马红娟. 染料类、芳香族硝基类有机物的辐射降解研究[D]. 上海应用物理研究所. 中国科学院上海应用物理研究所. 2009. |
入库方式： OAI收割
来源：上海应用物理研究所
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