UV/H2O2体系对邻苯二甲酸二甲酯降解的研究

摘 要：邻苯二甲酸酯是环境中普遍存在的有机污染物之一，能对生物体产生急性毒性、生殖毒性及内分泌干扰效应等。邻苯二甲酸酯属于难降解有机污染物。本文研究了UV/H2O2光催化体系对邻苯二甲酸二甲酯的降解效果，可为含邻苯二甲酸酯类工业废水的高效处理提供了一定的理论参考。

关键词：光催化; 邻苯二甲酸酯; 羟基自由基; 有机污染物

中图分类号：X703       文献标识码：A         文章编号：1006-3315（2021）9-219-002

邻苯二甲酸酯是环境中普遍存在的有机污染物之一，能对生物体产生寿命减少、发育不良、细胞受损等负面效应及内分泌干扰效应等[1]，已引起研究者们普遍的关注。邻苯二甲酸酯类常作为化工添加剂被广泛用于塑料包装、垫片、装修材料、个人护理品等[2]。在生产、使用和废弃过程中，邻苯二甲酸酯极易释放出来，导致环境污染。目前邻苯二甲酸酯在多种环境介质中被检测出来，包括空气、水体、土壤及沉积物等。我国的海水、淡水湖泊的水体及沉积物样品中都检测出了邻苯二甲酸酯类物质的污染[3]。

邻苯二甲酸酯属于难降解有机污染物，常规的水处理工艺难以有效地去除工业废水中的邻苯二甲酸酯类污染物。本文研究了UV/H2O2光催化高级氧化技术对邻苯二甲酸二甲酯的降解效果，并考察探讨了H2O2投加量及pH值对降解效果的影响，为含邻苯二甲酸酯类工业废水的高效处理提供理论参考。同时对保障环境安全与人类健康有着重要的意义。

1.材料与方法

邻苯二甲酸二甲酯（DMP，分析纯）购自美国阿拉丁试剂公司。邻苯二甲酸二甲酯的浓度采用高效液相色谱仪进行检测[4]。降解反应在50mL的石英光反应试管中进行。邻苯二甲酸二甲酯的初始浓度为50mg/L。用磷酸盐缓冲液调节pH值为3、5、7、9、11。紫外灯的功率为300w，将一定量的H2O2加入锥形瓶进行反应。反应结束后，取10mL样品，用滤膜过滤之后，测定邻苯二甲酸二甲酯的浓度。

2.实验结果与讨论

2.1溶液初始pH值的影响

当邻苯二甲酸二甲酯的初始浓度为50mg/L，H2O2初始浓度为180mg/L，溶液初始pH值（3、5、7、9、11）对邻苯二甲酸二甲酯降解率的影响如图1所示。

如图1所示，邻苯二甲酸二甲酯在酸性条件下的降解率较高，而在碱性条件下的降解率较低。当初始pH值为5时，邻苯二甲酸二甲酯的降解率为100%。在UV/H2O2体系中，·OH对降解污染物的氧化作用是降解的主要机理，·OH是一种具有无选择性的强氧化性，能够高效的进攻苯环与侧链上的碳碳键和侧链上的碳氧键[5]。溶液pH值变化显著影响·OH的氧化能力，在pH值为3.0时·OH的氧化还原电位达到了2.80V，在pH值为7.0时，其氧化还原电位是1.90V。而在碱性条件下，H2O2更易生成HO2-，其氧化能力较·OH更弱，不足以氧化大部分有机物;同时HO2-能消耗大量的·OH和H2O2，从而降低了邻苯二甲酸二甲酯的降解效率。因此反应体系最佳的溶液初始pH值为5。

2.2 H2O2投加量的影响

当邻苯二甲酸二甲酯的初始浓度为50mg/L，溶液初始pH值为5时，H2O2投加量对邻苯二甲酸二甲酯降解率的影响如图2所示。

当H2O2浓度由30mg/L增大至180mg/L（H2O2与DMP的摩尔比为20.6），DMP的去除效果逐渐提升，由63.78%增大至100%;若继续增大H2O2的浓度，反应30min后，降解率略有降低。

H2O2的投加量越大，H2O2被UV激活所产生的·OH越多，邻苯二甲酸二甲酯的降解率越高[6-7]。而当H2O2投加量超过最适值时，H2O2和HO2-对·OH的淬灭作用也更为显著，与邻苯二甲酸二甲酯竞争·OH，导致邻苯二甲酸二甲酯的降解率降低。因此在本实验条件下，H2O2的最适投加量为180mg/L，H2O2与邻苯二甲酸二甲酯的最佳摩尔比为20.6。

2.3邻苯二甲酸二甲酯初始浓度的影响

当H2O2初始浓度为180mg/L，溶液初始pH值为5时，邻苯二甲酸二甲酯的初始浓度（10mg/L、25mg/L、50mg/L、100mg/L、200mg/L）对邻苯二甲酸二甲酯降解率的影响如图3所示。

如图可知，不同邻苯二甲酸二甲酯的初始浓度对UV/H2O2降解邻苯二甲酸二甲酯的效率影响显著。随着邻苯二甲酸二甲酯浓度的增大，邻苯二甲酸二甲酯的降解率逐渐减小。初始邻苯二甲酸二甲酯浓度分别为10mg/L、25mg/L和50mg/L时，达到100%降解率的时间分别为10min、15min和30min;初始浓度为100mg/L和200mg/L时，反应30min后，邻苯二甲酸二甲酯的降解率分别为95.58%和83.86%。邻苯二甲酸二甲酯的降解率随着浓度的增大而减小，主要原因可能是高浓度的邻苯二甲酸二甲酯被·OH降解过程会产生大量的中间产物，这些中间产物与邻苯二甲酸二甲酯竞争·OH，降低了邻苯二甲酸二甲酯的降解率[7-8]。

3.小结

本研究表明UV/H2O2光催化体系对邻苯二甲酸二甲酯具有高效的降解效果，当邻苯二甲酸二甲酯的初始浓度为50mg/L，pH值为5，H2O2的投加浓度为180mg/L时，邻苯二甲酸二甲酯的降解率达到100%。可见，UV/H2O2光催化高级氧化技术是实现含邻苯二甲酸酯工业废水高效处理的极具前景的一项水处理技术。未来仍需针对如何实现工程化处理进一步开展研究。

资助项目：江苏省大学生实践创新训练计划项目，编号：202010298036Z

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