微波催化氧化法降解邻苯二甲酸酯的条件研究

邻苯二甲酸酯（PAEs）是一类抗光解、抗氧化、难于生物降解的环境激素污染物，它能干扰血液中激素正常水平的维持，从而影响生物的生殖、发育和行为。特别是对胎儿的肌肉和骨骼系统及中枢神经系统有影响，对小孩的肾脏等器官危害极大[1]。因此，邻苯二甲酸酯类化合物对环境的污染已经引起人们的高度关注。目前生物降解是处理邻苯二甲酸酯类化合物的主要途径之一[2-7]，但生物方法通常采用活性污泥法处理，不仅流程长，占地面积大，一次性投资费用高，而且生物降解会生成毒性很大的邻苯二甲酸单酯，对降解菌有抑制作用，对于分子量较大的邻苯二甲酸酯，生物降解处理效果更是有限；对增塑剂生产中产生的浓度较高的邻苯二甲酸酯类废水的处理，尚无投资少、操作简单的成熟工艺，通常采用焚烧法处理[8];也有采用臭氧氧化法去除水中邻苯二甲酸酯的研究报道[9-14]。 本文采用微波辐射促进Fenton试剂对邻苯二甲酸酯类环境污染物进行催化氧化降解处理。通过试验探索该方法对邻苯二甲酸酯类环境污染物降解的可行性。 1 实验部分 1.1 实验仪器及药品 XH100A微波催化合成/萃取仪：北京祥鹄科技有限公司提供。Agilent ll00高效液相色谱仪（美国），色谱柱Hypersil ODS 4.6×l50mm，固定相颗粒度5µm， 多波长紫外-可见光检测器 ，高压七通阀进样器，定量管体积为20μL。 甲醇、乙腈为色谱纯；30%过氧化氢、硫酸亚铁、邻苯二甲酸二甲酯（DMP）、邻苯二甲酸二乙酯（DEP）、邻苯二甲酸二丁酯（DBP）、邻苯二甲酸二辛酯（DOP）均为分析纯；水为超纯水。 1.2实验方法 在50mL容量瓶中分别加入一定量的PAEs模拟废水、硫酸亚铁溶液、过氧化氢溶液，调节pH值，定容至50mL即得待处理液。将该待处理液移入反应器中并加入少量沸石，置于微波炉内辐射反应一定时间，冷却后过滤，用超纯水将滤液定容至50mL，利用HPLC分析。根据色谱峰的保留时间定性，以色谱峰面积对含量制作标准曲线， 用标准曲线法分别求各相应PAEs的含量。 色谱条件 流动相:乙腈/水，(75 /25，v/v）; UV波长:228nm；柱温:30oC；流速:1.000mL•min-1；进样量：20μL。 2.实验结果及讨论 选择对去除率影响较大的Fenton试剂用量（其中H2O2:Fe2+=40:1）、微波辐射功率、微波辐射时间3个主要因素，每个因素分别取3个水平，实验采用L9(33)正交试验优化降解工艺条件。正交实验设计见表1，其中m为H2O2的浓度 (mol•L-1)，p为微波加热功率(W)，t为微波辐射时间(min)，DRE(%)表示PAEs的平均去除率。采用正交试验法对影响PAEs降解作用明显的氧化剂用量、微波功率和辐射时间进行了优化分析。结果表明，对反应影响的主次顺序为：Fenton试剂用量﹥微波功率﹥辐射时间。根据单因素实验和正交实验的结果分析，综合考虑反应速率、能耗和试剂消耗等因素，处理PAEs含量为48 mg•L-1，H2O2浓度0.375 mol•L-1，Fe2+浓度0.010 mol•L-1，pH值为3的水样，微波功率为340W，辐射时间为5min，PAEs的平均去除率达到97.9%。 PAEs是一类难于降解的环境激素污染物，微波辐射促进Fenton试剂催化氧化降解PAEs具有高效快速，能量利用率高，无二次污染的优点。虽然处理时所需的H2O2浓度较高，但并不会完全消耗，可以循环使用。如果能够使用微波温控装置，既保证反应所需要的温度，又能防止温度过高造成的H2O2分解损失，这样可降低处理成本，达到良好的社会效益和经济效益。