水溶液中δ-MnO2转化对叔辛基酚的行为及金属离子对其抑制作用的研究

摘要

研究了人工制备的δ-MnO2氧化降解对叔辛基酚（4-t-OP）的过程和产物的分析以及反应级数的计算，探讨了pH、反应物和MnO2初始浓度对氧化反应的影响，以及金属离子存在下，δ-MnO2氧化去除4-t-OP的情况。
　　实验结果表明，4-t-OP在δ-MnO2的作用下可以快速降解并释放出Mn2+，并且该过程与pH和δ-MnO2的初始浓度十分相关，在酸性条件和高浓度δ-MnO2的条件下发挥得最有效。在pH4.0条件下，共检测得到3种降解产物，4-t-OP和MnO2的宏观反应级数都为1.0，而在pH4.0-8.0范围内，H+的反应级数为0.3。在pH4.0条件下反应150 min时，δ-MnO2对4-t-OP的去除率达到100％，但当反应体系中含有金属离子时，去除效果受到抑制。抑制效果随各金属离子浓度的增加均表现为增大，但抑制强度因金属离子的不同而表现出一定的差异。其中，Pb2+和Mn2+的抑制效果最强，其次为剩余的重金属离子Zn2+，Ni2+，Cd2+和Cu2+，再次是碱土金属离子Mg2+和Ca2+，但是碱金属离子Na+和K+基本上不产生抑制作用。对比了δ-MnO2对多种金属离子的吸附能力，其对Pb2+的吸附作用最强，在其余金属离子中，对重金属离子的吸附量稍大于碱土金属离子。金属离子所产生的抑制作用源于其占据了δ-MnO2表面反应位点并与4-t-OP形成竞争，而抑制作用的大小则受到诸多因素的影响，如δ-MnO2与金属离子间吸附作用强弱的差别，δ-MnO2表面结构的变化，以及溶液中自由态金属离子的分布比例及其离子半径的不同。

目录

声明

摘要

第一章 引言

1．1 课题的背景

1．1．1 内分泌干扰物的定义和分类

1．1．2 对叔辛基苯酚的来源及危害

1．1．3 土壤中的二氧化锰和金属离子

1．1．4 污水MnO2处理法及共存的金属离子

1．2 国内外研究现状

1．2．1 二氧化锰对有机物的作用及降解产物分析

1．2．2 4-t-OP的生物和非生物降解

1．2．3 金属离子对二氧化锰去除有机物的影响

1．3 课题的研究内容和意义

1．4 课题的创新性和难点

第二章 实验装置与方法

2．1 实验仪器与试剂

2．1．1 实验仪器

2．1．2 实验试剂

2．2 实验方法

2．2．1 δ-MnO2的制备

2．2．2 δ-MnO2氧化4-t-OP的实验方法

2．2．3 4-t-OP降解产物的提取分析实验

2．2．4 金属离子对δ-MnO2去除4-t-OP的影响实验

2．2．5 δ-MnO2吸附金属离子的实验

2．3 4-t-OP的高效液相色谱法测定

2．3．1 4-t-OP的HPLC分析条件

2．3．2 4-t-OP的标准曲线

2．4 4-t-OP降解产物分析方法的确立

2．4．1 衍生化原理及衍生试剂

2．4．2 衍生化条件的选取

2．4．3 GC-MS操作条件的选取

2．4．4 4-t-OP的GC-MS回收率

2．4．5 衍生化4-t-OP的气相色谱图、质谱图及特征离子

第三章 δ-MnO2对4-t-OP氧化降解的研究

3．1 人工合成的水合δ-MnO2的表征

3．1．1 δ-MnO2的XRD表征

3．1．2 δ-MnO2比表面积的测定

3．1．3 δ-MnO2等电荷点的测定

3．2 水合δ-MnO2对4-t-OP的去除作用

3．3 实验条件对δ-MnO2去除4-t-OP的影响

3．3．1 溶液pH的影响

3．3．2 δ-MnO2初始浓度的影响

3．3．3 对叔辛基酚初始浓度的影响

3．4 δ-MnO2氧化降解4-t-OP的反应动力学研究

3．4．1 反应动力学曲线

3．4．2 动力学模拟

3．4．3 反应级数的计算

3．5 δ-MnO2氧化降解4-t-OP的反应降解机理研究

3．5．1 4-t-OP在MnO2作用下降解产物的分析

3．5．2 对叔辛基酚在MnO2作用下氧化降解机理的探索

第四章 金属离子对δ-MnO2去除4-t-OP的影响

4．1 金属离子对4-t-OP去除率的影响

4．1．1 多种金属离子作用下4-t-OP去除率曲线

4．1．2 不同浓度金属离子作用下4-t-OP去除率曲线

4．2 阴离子对δ-MnO2去除4-t-OP的影响

4．2．1 不同氯离子浓度作用下4-t-OP去除率曲线

4．2．2 多种阴离子作用下4-t-OP去除率曲线

4．3 MnO2对金属离子的等温吸附线

4．4 吸附重金属离子后MnO2的XRD表征

4．5 金属离子形态分布和离子半径

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

图表附录

主要符号说明

致谢

攻读学位期间发表的学术论文