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醇类表面活性剂光照下产生VOCs二次污染的机理研究

文献类型:学位论文

作者林景怡
答辩日期2023-05-23
文献子类博士
授予单位中国科学院大学过程工程研究所
授予地点过程大厦B304
关键词气-水界面 单线态氧
学位名称工学博士
英文摘要

醇类表面活性剂作为洗涤剂、个人护理品等的关键成分,广泛使用于工业及日常生活中。由于独特的双亲结构,污废水中残余的醇类表面活性剂随着废水排放并自发富集在水环境表面。近期研究发现,表面活性剂通过光化学反应产生挥发性有机化合物(VOCs),从而引发跨介质污染转移,该现象在大气领域引起了广泛关注。然而从水环境角度开展醇类表面活性剂通过光反应产生VOCs的机理研究较少,尤其缺乏对活性氧物种(ROS)在其中的作用的探究。为此,本文针对典型醇类表面活性剂,重点针对其光化学转化途径与VOCs产生机理,考察了ROS在醇类表面活性剂光反应产生VOCs过程中的作用,提出了脂肪醇和芳香醇等醇类在光照下产生VOCs的共性规律,为表面活性剂光化学跨介质二次污染防控提供新的视角。以下是本文的主要研究内容和结果:
首先,本研究基于原位光化学-VOCs产物在线检测装置(GC-MS/FID)探究了典型脂肪醇,壬醇,通过光反应产生VOCs的机理,发现不同反应气氛对VOCs的生成量有显著影响;进一步采用电子顺磁共振波谱仪、电喷雾质谱等分析方法,证实了单线态氧(1O2)在脂肪醇光化学过程中发挥关键作用;结合密度泛函理论(DFT)计算,从分子水平阐明了“1O2夺氢反应”的机制,即1O2通过壬醇的α-CH2和-OH位置夺氢、使其氧化为壬醛,继而在光照下通过Norrish II型反应产生气态庚烯等VOCs。
其次,针对实际水环境中油污形成水面上有机层的情况,发现柴油等不同有机层对脂肪醇光反应产生VOCs的影响存在显著差异:针对正己烷、甲基叔丁基醚等易挥发的有机层,探讨了VOCs在不同有机层中溶解自由能的差异和其改变VOCs释放过程的机理;而乙酸乙酯等惰性有机层明显促进了脂肪醇光反应,揭示了有机层对稳定1O2活性的机理。
进一步根据亲疏水性指标Kow探究了芳香醇、脂环醇和脂肪醇的不同结构对其光反应产生VOCs的影响,VOCs分布和生成量存在较大差异;重点探讨了以苯甲醇为代表的芳香醇光反应产生VOCs的机理,揭示了芳香醇在光照下被1O2和羟基自由基夺氢氧化和直接光解产生嗅味VOCs的反应途径与机理规律。
最后,总结了醇类表面活性剂光反应产生VOCs的共性机理,提出醇类表面活性剂光照下经过“1O2夺氢-Norrish裂解”产生VOCs的反应规律;考察了共存无机盐、有机物、太阳光等实际环境条件对醇类表面活性剂光反应产生VOCs的影响,发现环境条件对ROS的影响将显著改变醇类表面活性剂的光反应过程和VOCs产物分布。

语种中文
源URL[http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/60235]  
推荐引用方式
GB/T 7714
林景怡. 醇类表面活性剂光照下产生VOCs二次污染的机理研究[D]. 过程大厦B304. 中国科学院大学过程工程研究所. 2023.

入库方式: OAI收割

来源:过程工程研究所

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