饮用水氯消毒副产物三氯乙醛前驱物的筛选及其形成影响因素探讨

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三氯乙醛是饮用水氯化消毒过程中产生的一种致突变性的副产物。跟其他氯化消毒副产物一样,它是由天然水体中的溶解性有机物(主要是腐殖质)和氯反应生成的。 本文在前人对腐殖质结构分析的基础上,选取腐殖质热裂解产物中可能生成三氯乙醛的化合物以及天然水体中的氨基酸和有机酸,进行实验室模拟氯化,对氯化产物进行质谱分析,筛选出饮用水消毒中三氯乙醛的各种前驱物,尝试推测各种前驱物生成三氯乙醛可能的生成机理,从而寻找饮用水消毒中三氯乙醛前驱物的结构特点。结果表明苹果酸、酒石酸、柠檬酸、色氨酸、组氨酸、酪氨酸、阿魏酸、乳酸均和丁香醛、对甲氧基苯甲酸、3,5-二羟基苯甲酸氯化模拟氯化均能生成三氯乙醛。 同时以苹果酸代表三氯乙醛前驱物,探讨了模拟氯化时pH、温度、反应时间、加氯量和前驱物浓度等因素对三氯乙醛生成的影响。结果表明:近中性条件下最有利于三氯乙醛生成,pH过高或过低均会降低三氯乙醛的生成量;与pH的影响类似,过高或过低的温度对三氯乙醛的生成均不利,存在一个最适合的温度,在该温度下最有利于三氯乙醛的形成;投氯量(前驱物浓度)一定时,增加前驱物浓度(投氯量)生成的三氯乙醛的浓度也相应增加,但当前驱物浓度(投氯量)足够大时三氯乙醛的浓度不再随前驱物浓度(投氯量)的增加而增加,综合前驱物浓度和投氯量两个因素可知当有效氯/苹果酸摩尔比小于一定比值时三氯乙醛的生成将受到抑制;此外苹果酸在反应12小时后三氯乙醛浓度达到最大值,此后三氯乙醛浓度不再随时间变化。生成三氯乙醛的最佳条件为:pH:6.0、反应温度=25℃、反应时间=13小时、有效氯/苹果酸摩尔比=8。 在该条件下对各前驱物进行模拟氯化,并对各前驱物生成的三氯乙醛进行了定量测定,比较各前驱物生成三氯乙醛的难易,筛选出最突出的前驱物。单位质量前驱物三氯乙醛生成量大小为苹果酸>阿魏酸>组氨酸>色氨酸>乳酸>酪氨酸>酒石酸>3,5-二羟基苯甲酸>丁香醛>柠檬酸>太平湖HA>五里湖FA>对甲氧基苯甲酸>五里湖HA。结果表明具有RCH2CH(X)COOH结构的化合物在氯化消毒时最容易生成三氯乙醛,其中R为脂肪烃或芳香烃基,X为羟基或氨基。 本文创新之处在于:1、对三氯乙醛前驱物进行了更为广泛的筛选:模拟氯化了不同来源的富里酸和腐殖酸及其具有代表性结构的热裂解产物,自然界中普遍存在的氨基酸和有机酸,脂肪族的醇、酸、酯,饱和脂肪烷烃,糖类物质。 2、系统的探讨了模拟氯化时pH、温度、反应时间、加氯量和前驱物浓度等因素对三氯乙醛生成的影响,得到了氯化生成三氯乙醛的最佳条件。 3、定量测定了单位质量前驱物三氯乙醛的生成量,筛选出最易于形成三氯乙醛前驱物的结构特征。
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