固体超强碱活化过硫酸盐降解氯代烷基醚类污染物的过程与机理研究

Solid superbase is a solid base with a strong basic strength. It is often used as a catalyst in the chemical synthesis. It has a higher catalytic activity, causes less pollution to environment and less corrosion to equipments compared with the traditional alkalies. Solid superbase has potential application value in activating persulfate to degrade organic pollutants. Chlorinated alkyl ethers (CAEs) are commonly used as raw materials in pesticide and medicine industries. They are widely distributed in groundwater of chemical contaminated sites to produce environmental and health risks, but information on the oxidative properties and mechanisms of CAEs contaminants is insufficient to provide theoretical basis for their oxidative degradation. This project aims to solve these problems. We plan to synthesize 1~2 kinds of supported solid superbase materials, and use them to activate persulfate. The main types of free radicals will be identified. On this basis, the transformation pathways and regulating factors will be revealed taken CAEs as a type of representative contaminants. The oxidative mechanisms of superbase-activated persulfate system will be thus proposed. The results of this project will provide a new idea and theoretical basis for the development of activated persulfate process. It is reference valuable for the oxidation of all the organic pollutants. In addition, the project helps understand the repair technology and transformation pathways of CAEs.

固体超强碱是具有超强碱性的固体强碱，目前常作为催化剂应用于化学合成中。与传统碱相比，其具有碱强度高、环境污染小、不易腐蚀设备等优点，在活化过硫酸盐降解有机污染物领域具有潜在的应用价值。氯代烷基醚（CAEs）是农药、医药等生产行业中常用的原料，在化工污染场地中普遍存在和检出，极易造成环境风险，但目前对CAEs污染物氧化特性与机理的研究还较缺乏。本项目针对这些问题，拟合成1~2种负载型固体超强碱材料，用来活化过硫酸盐，通过自由基鉴定等手段识别活化体系中的优势自由基，在此基础上探索常见CAEs污染物在该活化体系中降解的转化路径与调控因子等，从而进一步阐明固体超强碱活化过硫酸钠体系降解污染物的过程与作用机理。此项目研究结果将为活化过硫酸盐高级氧化技术的发展提供新的思路和理论依据，对理解各种有机污染物的降解转化过程均具有参考意义。此外通过该项目可为掌握CAEs污染物的修复技术和转化路径提供数据支持。

氯代烷基醚类污染物在农药化工污染场地及周边地下水中分布非常普遍，但目前尚缺乏对其降解手段及降解机制的了解。固体超强碱材料广泛应用于化学催化领域，具有催化活性强、可再生、对环境污染小、不易腐蚀反应设备等优点。本项目探索芬顿和多种活化过硫酸盐方式对BCEE及BCEM的降解动力学及降解机理，同时考察固体超强碱材料活化过硫酸盐氧化降解VOC和双氯芬酸钠的效能与机理，进而为CAE类污染物的环境行为及活化过硫酸盐氧化技术的发展提供参考依据。主要的研究内容和结果如下：.（1）CAEs降解动力学与降解机制研究.使用芬顿、亚铁活化过硫酸盐、光活化过硫酸盐等氧化方式降解典型CAEs，结果表明氧化剂浓度、pH和Fe2+浓度均会影响降解效果，酸性条件下降解效率最高，过硫酸盐活化氧化对Fe2+的需求量相对较小；降解反应符合一级动力学方程，CO32-、Cl-、腐殖酸根据其浓度的不同对反应起到促进或抑制作用；芬顿氧化和光活化过硫酸盐氧化有少量中间产物毒性强于BCEE，但生成的浓度较低；Fe2+活化过硫酸盐氧化降解BCEE仅检测到2-氯-1,3-丙二醇一种产物。BCEM用Fe0活化过硫酸盐氧化效率相对较高，BCEM仅找到一种氧化产物乙醇-2-氯碳酸酯。.（2）固体超强碱活化过硫酸盐的机理研究.合成了2种固体超强碱材料KNO3/γ-Al2O3和KNO3/MgO-SBA-15，进行了碱强度、区域碱量、表面形貌、比表面积等性质的测定与表征。.（3）固体超强碱活化过硫酸钠氧化降解有机物的研究.采用分子探针法和电子自旋共振（ESR）法进行活化体系中自由基种类的测定，体系中SO4•-起主要氧化作用。碱的负载比例越高，超强碱活化过硫酸盐氧化的效率越高；与相同初始pH下NaOH活化过硫酸钠相比，固体超强碱活化的氧化效率更高。Cl-、CO32-、腐殖酸、MgO负载量均会影响氧化效率。