UV/AA法降解染料的构效关系与作用机制

Cost-effective treatment of dyeing wastewater is an important task in water pollution control. The UV/acetylacetone (UV/AA) process has been proved as a promising method for the photochemical decolorization of dyeing wastewater. However, due to the lack of fundamental understanding on the photochemistry of AA and its application in redox of organic pollutants, the molecular mechanisms in the UV/AA process is still unclear. Therefore, in this project the research efforts will be focused on the screening of dye types that can be treated with the UV/AA process, the quantum yield and fate of AA, the evaluation of the influencing factors, the detection of the transient active species, degradation intermediates, and degradation products in the UV/AA process. The main objectives are to establish the quantitative structure-activity relationship in the UV/AA process and to elucidate the underlying mechanisms behind the UV/AA process. Thereafter, the toxicity and biodegradability of the dye solutions at different degradation stages will be determined. Based on this, the coupling of physicochemical treatment with biotreatment could be optimized. The results of this project will be helpful for the better understanding of the chemical processes in dying wastewater treatment. Besides, the results are anticipated to enrich the basic theory in environmental photochemistry.

染料废水的高效低耗处理是水污染控制领域的一个重要任务。紫外／乙酰丙酮法（简称UV/AA法）已被证明是一种很有潜力的光化学降解脱色染料废水的方法。然而，由于缺乏对小分子双酮光化学性质和应用的基础研究，加之染料的化学结构复杂，AA在光化学过程中高效脱色染料溶液的分子机制尚不明确。因此，本项目拟从UV/AA法脱色染料溶液中的影响因素、AA的光化学量子产率和归趋、活性物种和降解中间体的检测入手，建立UV/AA法降解染料的定量结构－活性关系，阐明UV/AA法转化污染物的内在机制。在此基础上，研究UV/AA法降解染料各阶段的毒性和可生化性，为经济有效的物化法-生化法联用技术提供实验依据，有助于克服光化学氧化法在实际印染废水处理中所存在的技术困难和理论黑箱。另一方面，小分子双酮在光化学中的运用为染料废水的污染控制化学研究开辟了新的方向，可望进一步丰富环境有机光化学理论。

发展新型高效的染料废水处理技术是水污染控制领域的一个重要任务。基于紫外光活化各类氧化助剂或催化剂的光化学法普遍存在光子利用率低、底物选择性差等问题。基于乙酰丙酮(AA)的光化学技术可有效利用染料分子对光的吸收特性敏化/增强染料自身的降解，使其在以物化-生化联用技术方面，具有良好的应用前景。然而，目前AA与底物的作用机制并不明确，对各类染料的选择性未知，UV/AA法与生化法的联用也缺乏详细地评估。针对以上问题，本项目通过UV/AA法对65种染料及其前驱体的降解动力学及其与UV/H2O2法的系统比较，明确了UV/AA法降解底物的结构-活性关系，阐述了UV/AA法中光致电子转移的作用机制；然后从AA结构入手，探究了各类AA衍生物降解底物的取代基效应；在此基础上，通过UV/AA法对常见无机含氧酸盐的转化、金属离子的价态调控以及醌类等物质的相互作用探究，解析了AA的配位作用在其光化学转化污染物中的作用，阐明了激发态AA作为电子穿梭体的光化学特性。最后，本项目详细评估了UV/AA法降解染料各阶段的生物可降解性(BOD5和Zahn-Wellens实验)以及对活性污泥微生物和大型蚤的毒性，搭建并优化了UV/AA法与生化法联用处理染料溶液的组合工艺，为UV/AA法和生化法的串联工艺提供了理论支撑和技术支持。经过四年的努力，我们圆满完成了项目预定的目标。培养硕士生3名，博士生2名。已正式发表SCI论文16篇，该项目的研究成果获授权/申请国家发明专利6项。