饮用水中溴酸根离子形成机制的XAFS研究

用作食品和轻工业添加剂的溴酸盐被证明是一种潜在致癌剂，它经由各种途径引入自来水中，在饮用水中的含量被限制低于10微克/升。有研究表明，使用臭氧（和氯）对自来水消毒，是溴负离子转变成溴酸根负离子的主要途径。全国饮用水尤其是使用臭氧消毒的纯净水中，溴酸盐污染现状不容乐观，因此，亟需了解溴酸根生成机制以及与之相关的物理化学条件的影响。本项目旨在建立用于XAFS研究的水溶液反应体系，以模拟饮用水消毒反应，并用XAFS近边吸收在线跟踪溴负离子被氧化生成溴酸根负离子的中间产物演变过程。在设计优化反应样品池，获取溴元素各种价态化合物与自由基的XAFS近边吸收指纹谱以及吸收强度的半定量分析结果后，研究溴负离子氧化过程与溴负离子浓度、水中有机污染物浓度、消毒剂种类和浓度、铁离子价态和浓度、反应时间等因素的相关性，搞清溴酸根负离子的生成机制，以期为阻断和减少饮用水中溴酸根离子的生成提供指导。

国际癌症研究协会（IRAC）把溴酸根（BrO3-）定为2B级（具有较高致癌风险）的潜在致癌物质。饮用水中溴酸根的来源主要是含溴离子(Br-)源水的臭氧消毒过程。受限于分析方法检测限和有效去除方法的缺乏，世界卫生组织（WHO）建议、我国和欧美主要国家都规定其最高允许值为10 μg/L。本课题旨在进一步阐明溴酸根生成的反应机理，并提出有效的解决方法。主要结果概述如下：.（1）通过向NaBr溶液中一次性加入已知浓度的O3水溶液的实验，鉴定了中间产物Br3-和Br2的存在。.（2）通过向NaBr溶液中连续通入O3气体的实验，表明•OH自由基在Br-被氧化成BrO3-的过程中具有重要作用，并重点从自由基反应的角度研究了各种因素对BrO3-生成的影响。.（3）通过γ射线辐照实验，研究了在没有O3参与的情形下，•OH自由基氧化Br-的效果和影响因素。实验发现，只有在N2O饱和的条件下（主要活性粒子只有•OH自由基）才会生成BrO3-。其他所有条件下（N2、空气或O2饱和时加入各种阴离子、溶解性有机物、氨水等）都检测不到BrO3-的生成（即低于1μg/L），这意味着采用γ射线进行饮用水消毒，不可能引起BrO3-超标的问题。γ射线消毒是一种清洁有效的技术，将其应用于饮用水消毒是很有前景的。.（4）重点研究了γ射线辐照法对BrO3-的去除，表明它是一种有效的BrO3-去除方法。•eaq-是还原BrO3-的最主要的活性粒子。.（5）利用脉冲辐解-瞬态吸收光谱，分别研究了Br-和BrO3－与各种自由基的反应。O2不会影响•OH自由基氧化Br-的反应。•H、O2-及•eaq-三者与BrO3－的反应速率常数在同一数量级。.（6）由于涉及的氧化态很多（Br-，Br3-，Br2，HOBr/BrO-，BrO2-，BrO3-），难以定量和半定量地解析XAFS数据，因此未能通过XAFS实验得到更多有关O3氧化Br-机理的有用信息。XAFS实验观察到了N2O饱和BrO3-水溶液受X射线照射后价态升高的现象。