腐殖酸分子结构的光辐射转化特性及化学凝聚性变化规律研究

腐殖酸广泛存在于各类地表水体中，分子结构对其物化性质有着重要影响。项目针对腐殖酸分子结构的光辐射转化特性及其化学凝聚性的变化规律开展实验和理论研究。目标在于：探明光照作用下腐殖酸分子结构的转化特征；揭示腐殖酸自身结构、分子间的聚集状态以及溶液化学条件对其转化特性的影响规律，提出光辐射对腐殖酸分子结构的作用机理；明确腐殖酸分子结构与其化学凝聚性间的内在联系，揭示光照条件下腐殖酸化学凝聚性的变化规律。研究工作对丰富腐殖酸的光化学反应理论和混凝理论，优化饮用水的混凝处理工艺，保障供水安全有着重要的理论意义和现实意义。

腐殖酸广泛存在于各类地表水环境中，分子结构对其物化性质有着显著影响。课题系统考察了光照射后腐殖酸及其模型物的分子结构和化学凝聚性的变化特征，揭示了光辐射过程对腐殖酸和腐植酸模型物混凝过程的作用途径。结果表明，光辐射对腐殖酸分子结构和化学凝聚性的影响主要集中在紫外区，可见光的影响较小。中性和碱性条件下，紫外线照射后腐殖酸溶液的pH显著降低。气相色谱数据表明，紫外光照射后溶液中生成了部分小分子酸，这主要与腐殖酸酸性基团的生成速率及矿化速率不同有关。通过混凝实验发现，不经紫外预处理的腐殖酸溶液最佳混凝效果出现在pH=5时，经过紫外预处理的腐殖酸溶液最佳混凝效果对应的pH值将增至6左右。尽管浊度和阳离子对腐殖酸的混凝过程起促进作用，但对紫外辐射过程存在不利影响。此外，随着光照时间的逐渐增加，腐殖酸溶液的色度和粘度均呈逐渐递减的趋势，有利于混凝过程的进行。除溶液粘度、pH、腐殖酸亲疏水性的变化外，紫外辐射后还将引起腐殖酸表面荷电特性的变化。研究表明，随着紫外辐射时间的增加，腐殖酸及其模型物的zeta电位均由负电性向电中性的方向移动，宏观分子尺寸明显增加。原子力显微镜（AFM）成像图谱也表明，紫外辐射后PHA的直径和高度均大于光照前的，为腐殖酸表面负电性的降低提供了直接证据。除中分子和大分子腐殖酸组分外，紫外辐射对分子量分布在3k 以下的小分子腐殖酸的混凝效果较差，但这部分腐殖酸的比重在紫外辐射后并没有明显增加。同时，紫外辐射对柠檬酸、草酸、酒石酸、丁二酸等脂肪羧酸类腐殖酸模型物混凝效果的促进作用比较明显，但对苯甲酸等酚酸类等腐殖酸模型物的去除效果并不明显，表明紫外辐射对腐殖酸的促进作用可能主要体现在对脂肪酸结构的改变上。腐殖酸类物质是天然水体中有机物的主要成分之一，占水中总有机物50%-90%。通过本项目研究，进一步明确了紫外辐射这一自然界常见的反应过程对腐殖酸类有机物迁移转化过程以及自来水厂化学混凝过程影响规律的认识。随着后续研究的不断深入，紫外辐射有望成为腐殖酸类有机物强化混凝去除的替代性技术。