微气泡协同介质阻挡放电处理四溴双酚S及其降解机理研究

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溴代阻燃剂(BFRs)是近年来发展较快的阻燃剂,2017的一项研究表明,中国BFRs的年消耗量约为40万吨。TBBPA是最常用的溴代阻燃剂之一,其在环境中有累计作用,毒性强,对人体有致癌作用。为了减少TBBPA的使用,TBBPS作为TBBPA的替代物出现在大众视野中。TBBPS作为一种新型污染物,缺乏相关法律法规的约束。并且目前关于TBBPS的研究只停留在环境中的TBBPS的定性和定量检测,缺乏关于四溴双酚S处理的相关研究。目前在环境和动物体内都检测到了为了四溴双酚S的存在,所以四溴双酚S的高效、节能、易操作处理方法以及分析出TBBPS的降解途径是十分必要的。
  介质阻挡放电等离子体技术是一种高级氧化技术,可用于处理难降解污染物。但是介质阻挡放电水处理技术目前的技术难点是气液传质效率较低。微气泡在水中可促进气液扰动,扩大气液接触面积,可有效增强气液传质效率,所以本研究提出将微气泡与介质阻挡放电结合。气液两相间使用微孔曝气盘(孔径10μm左右)作为隔断,在放电间隙中气体中放电形成等离子体,再通过曝气盘进入水中,形成等离子体微气泡。
  本论文使用自制的微气泡协同介质阻挡放电水处理装置处理四溴双酚S溶液,探讨这种方法的可行性,并分析了TBBPS的降解途径。得出以下结论:
  (1)自制的微气泡协同介质阻挡放电水处理装置氧化降解TBBPS是可行的,在15分钟内TBBPS降解率可达到100%。
  (2)通过单因素实验得出,放电电压越大、空气流量越大、四溴双酚S初始浓度越小,TBBPS的降解速率越快,但是溶液初始pH对降解速率无影响。
  (3)TBBPS完全降解后矿化率仅达到70%左右,溶液仍具有较强的生物毒性,反应过程中pH值逐渐降低。
  (4)通过对苯醌、叔丁醇和三乙烯二胺抑制-O2-、·OH-、1O2三种活性物质证明了三种物质均参与了微气泡协同介质阻挡放电水处理系统氧化降解TBBPS,其中超氧自由基和羟基自由基起主要作用,单线态氧作用较小。
  (5)分析离子色谱数据得知TBBPS降解过程中会发生脱溴反应,并且在反应前期可能会形成少量溴单质。通过LC/MS分析和特征产物的定量检测,推测出了TBBPS的主要降解过程和途径。降解过程的主要反应是逐步脱溴和砜基裂解、水解,接着会发生羧基化反应和苯环开环等反应。这与双酚S相关研究中的降解机理基本一致,这也证明了微气泡协同协同介质阻挡放电法处理四溴双酚S的可行性。
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