UV/H2O2體系對鄰苯二甲酸二甲酯降解的研究

王伊妹 海睿洋 王志鵬 陳蕾

摘 要：鄰苯二甲酸酯是環境中普遍存在的有機污染物之一，能對生物體產生急性毒性、生殖毒性及內分泌干擾效應等。鄰苯二甲酸酯屬于難降解有機污染物。本文研究了UV/H2O2光催化體系對鄰苯二甲酸二甲酯的降解效果，可為含鄰苯二甲酸酯類工業廢水的高效處理提供了一定的理論參考。

關鍵詞：光催化; 鄰苯二甲酸酯; 羥基自由基; 有機污染物

中圖分類號：X703? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ?文章編號：1006-3315（2021）9-219-002

鄰苯二甲酸酯是環境中普遍存在的有機污染物之一，能對生物體產生壽命減少、發育不良、細胞受損等負面效應及內分泌干擾效應等[1]，已引起研究者們普遍的關注。鄰苯二甲酸酯類常作為化工添加劑被廣泛用于塑料包裝、墊片、裝修材料、個人護理品等[2]。在生產、使用和廢棄過程中，鄰苯二甲酸酯極易釋放出來，導致環境污染。目前鄰苯二甲酸酯在多種環境介質中被檢測出來，包括空氣、水體、土壤及沉積物等。我國的海水、淡水湖泊的水體及沉積物樣品中都檢測出了鄰苯二甲酸酯類物質的污染[3]。

鄰苯二甲酸酯屬于難降解有機污染物，常規的水處理工藝難以有效地去除工業廢水中的鄰苯二甲酸酯類污染物。本文研究了UV/H2O2光催化高級氧化技術對鄰苯二甲酸二甲酯的降解效果，并考察探討了H2O2投加量及pH值對降解效果的影響，為含鄰苯二甲酸酯類工業廢水的高效處理提供理論參考。同時對保障環境安全與人類健康有著重要的意義。

1.材料與方法

鄰苯二甲酸二甲酯（DMP，分析純）購自美國阿拉丁試劑公司。鄰苯二甲酸二甲酯的濃度采用高效液相色譜儀進行檢測[4]。降解反應在50mL的石英光反應試管中進行。鄰苯二甲酸二甲酯的初始濃度為50mg/L。用磷酸鹽緩沖液調節pH值為3、5、7、9、11。紫外燈的功率為300w，將一定量的H2O2加入錐形瓶進行反應。反應結束后，取10mL樣品，用濾膜過濾之后，測定鄰苯二甲酸二甲酯的濃度。

2.實驗結果與討論

2.1溶液初始pH值的影響

當鄰苯二甲酸二甲酯的初始濃度為50mg/L，H2O2初始濃度為180mg/L，溶液初始pH值（3、5、7、9、11）對鄰苯二甲酸二甲酯降解率的影響如圖1所示。

如圖1所示，鄰苯二甲酸二甲酯在酸性條件下的降解率較高，而在堿性條件下的降解率較低。當初始pH值為5時，鄰苯二甲酸二甲酯的降解率為100%。在UV/H2O2體系中，·OH對降解污染物的氧化作用是降解的主要機理，·OH是一種具有無選擇性的強氧化性，能夠高效的進攻苯環與側鏈上的碳碳鍵和側鏈上的碳氧鍵[5]。溶液pH值變化顯著影響·OH的氧化能力，在pH值為3.0時·OH的氧化還原電位達到了2.80V，在pH值為7.0時，其氧化還原電位是1.90V。而在堿性條件下，H2O2更易生成HO2-，其氧化能力較·OH更弱，不足以氧化大部分有機物;同時HO2-能消耗大量的·OH和H2O2，從而降低了鄰苯二甲酸二甲酯的降解效率。因此反應體系最佳的溶液初始pH值為5。

2.2 H2O2投加量的影響

當鄰苯二甲酸二甲酯的初始濃度為50mg/L，溶液初始pH值為5時，H2O2投加量對鄰苯二甲酸二甲酯降解率的影響如圖2所示。

當H2O2濃度由30mg/L增大至180mg/L（H2O2與DMP的摩爾比為20.6），DMP的去除效果逐漸提升，由63.78%增大至100%;若繼續增大H2O2的濃度，反應30min后，降解率略有降低。

H2O2的投加量越大，H2O2被UV激活所產生的·OH越多，鄰苯二甲酸二甲酯的降解率越高[6-7]。而當H2O2投加量超過最適值時，H2O2和HO2-對·OH的淬滅作用也更為顯著，與鄰苯二甲酸二甲酯競爭·OH，導致鄰苯二甲酸二甲酯的降解率降低。因此在本實驗條件下，H2O2的最適投加量為180mg/L，H2O2與鄰苯二甲酸二甲酯的最佳摩爾比為20.6。

2.3鄰苯二甲酸二甲酯初始濃度的影響

當H2O2初始濃度為180mg/L，溶液初始pH值為5時，鄰苯二甲酸二甲酯的初始濃度（10mg/L、25mg/L、50mg/L、100mg/L、200mg/L）對鄰苯二甲酸二甲酯降解率的影響如圖3所示。

如圖可知，不同鄰苯二甲酸二甲酯的初始濃度對UV/H2O2降解鄰苯二甲酸二甲酯的效率影響顯著。隨著鄰苯二甲酸二甲酯濃度的增大，鄰苯二甲酸二甲酯的降解率逐漸減小。初始鄰苯二甲酸二甲酯濃度分別為10mg/L、25mg/L和50mg/L時，達到100%降解率的時間分別為10min、15min和30min;初始濃度為100mg/L和200mg/L時，反應30min后，鄰苯二甲酸二甲酯的降解率分別為95.58%和83.86%。鄰苯二甲酸二甲酯的降解率隨著濃度的增大而減小，主要原因可能是高濃度的鄰苯二甲酸二甲酯被·OH降解過程會產生大量的中間產物，這些中間產物與鄰苯二甲酸二甲酯競爭·OH，降低了鄰苯二甲酸二甲酯的降解率[7-8]。

3.小結

本研究表明UV/H2O2光催化體系對鄰苯二甲酸二甲酯具有高效的降解效果，當鄰苯二甲酸二甲酯的初始濃度為50mg/L，pH值為5，H2O2的投加濃度為180mg/L時，鄰苯二甲酸二甲酯的降解率達到100%。可見，UV/H2O2光催化高級氧化技術是實現含鄰苯二甲酸酯工業廢水高效處理的極具前景的一項水處理技術。未來仍需針對如何實現工程化處理進一步開展研究。

資助項目：江蘇省大學生實踐創新訓練計劃項目，編號：202010298036Z

參考文獻：

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