有毒难降解有机污染物的辐射降解机理研究——氯酚与偶氮染料的降解机理

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1、同济大学申请博士学位论文摘要摘要氯酚和偶氮染料是两类典型的有毒难降解有机污染物，它们对环境的污染逐渐引起世界性的关注。因此，探索有效的降解方法及其降解机理已成为环境化学领域的重要课题。本课题来源于国家自然科学基金资助项目(题目：用脉冲辐解和激光光解研究有毒难降解有机物的降解机理；批准号：20077019)，运用直线加速器电子束脉冲辐解等化学凝聚态反应动力学装置和一些先进的分析手段研究氯酚和偶氮染料的降解过程，系统探讨其降解机理，从而为含该类化合物废水的实际降解处理提供理论指导。全文共分为三部分：第一部分创新性地运用纳秒

2、级电子脉冲辐解技术对4．氯酚等四种单取代酚在不同pH条件下与水合电子、氢自由基、叠氮自由基、羟基自由基等活性粒子的反应进行了研究，对各瞬态吸收图谱进行了归属，并求得了微观反应速率常数。研究表明：(1)．4．氯酚与水合电子发生还原脱氯，形成羟苯自由基。4．氯酚与氢自由基主要发生加成反应，形成环己二烯类的氢加成物。4．氯酚与叠氮自由基发生单电子转移，生成4．氯酚氧基。4．氯酚与羟基自由基的反应途径与pH值有关：碱性条件下主要通过单电子转移形成4．氯酚氧基；中性条件下则发生苯环上的加成反应，形成羟基加成物；酸性条件下，羟基加

3、成物很容易消除水／氯化氢形成酚氧类自由基。氧气饱和体系中，羟基自由基与4．氯酚的初级产物进一步与氧气加成，形成过氧自由基。其它三个单取代酚与上述活性粒子的反应机理和4．氯酚类似。(2)．上述各反应的速率常数表明四种取代酚更易被羟基自由基氧化而非被水合电子还原；pH值及分子结构对各反应速率常数有影响。第二部分采用Y辐解技术结合多种产物分析技术，跟踪了4．氯酚水溶液在水合电子还原和羟基自由基氧化体系中的pH值、氯离子浓度、TOC及WVIS变化；并通过HPLC和GC．MS对降解产物进行了定性和定量分析。得到如下结论：(1)．

4、水合电子还原体系中，羟苯自由基／羟苯自由基阴离子与特丁醇发生夺氢反应生成苯酚／苯酚阴离子。(2)．无氧状态下的羟基自由基氧化体系中，中性条件下羟基加成物主要通过歧化反应形成4．氯邻苯二酚和对苯二酚，并进一步氧化成开环有机酸；碱性条件下，酚氧自由基则直接开环。(3)．有氧状态下的羟基自由基氧化体系中，过氧自由基在氧气的催化作用下既可开环形成有机酸，．也可形成4．氯邻苯二酚和对苯二酚，并一步氧化开环形成有机酸；碱性条件下的过氧自由基则直接开环。(4)．各羟基自由基氧化体系中4．氯酚的去除率优于水合电子还原体系；氧气对4．氯

5、酚的羟基自由基氧化降解有明显促进作用。(5)．中性条件下的水合电子还原体系和有氧状态下的羟基自由基氧化体系均能有效脱氯；对于后者，pH条件对脱氯效果的影响比较复杂，有待进一步研究。(6)．羟基自由基氧化体系中IV同济大学博：}学位论文摘要TOC的去除滞后于4．氯酚的去除，说明单独使用辐射方法，氯酚的矿化率不高；氧气及碱性条件有利于体系中4．氯酚的矿化。第三部分运用脉冲辐解技术对两种典型的偶氮染料甲基橙和酸性橙7水溶液的微观降解机理和反应速率常数进行了初步探讨，得到如下结论：(1)．羟基自由基主要加成到甲基橙的偶氮键和带

6、甲氨基的苯环上，形成羟基加成物。酸性橙7与羟基自由基除了发生加成反应外，也可通过电子转移形成阳离子自由基，且羟基加成物能通过消除反应转化成阳离子自由基。甲基橙和酸性橙7与水合电子反应形成的阴离子自由基都迅速质子化成偕腙肼自由基。(2)．上述反应的速率常数表明这两类偶氮染料更易被水合电子还原。关键词有毒难降解有机污染物，氯酚，偶氮染料，降解机理，脉冲辐解，丫辐解，产物分析，脱氯，矿化V同济人学博上学位论文摘要ABSTRACTChorophenolsandazo-dyes，弱twotypicalclaSsesoftoxic

7、persistentorganicpollutants，havearousedworldwideattention,anditisanimportantissuetoexploretheirdegradationmechanismsandeffectivemethods．Thisstudy,originatingfromaNationalNaturalScienceFund·aidedprojectentitled‘‘Mechanismstudyofthedegradationoftoxicpersistentorga

8、nicpollutantsbypulseradiolysisandlaserflashphotolysis”(ApprovalNo．：20077019)，aimstosystematicallystudythedegradationmechanismsofchlorophenolsandazo—dyesusinglinear-ac