溴离子对氨基化合物臭氧化生成NDMA的影响与机理研究

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Br-普遍存在于沿海地区的地下水、地表水和内陆水体中,且我国水源水中Br-浓度较高。近年来研究者发现臭氧可与前体物反应直接生成N-亚硝基二甲胺(NDMA),Br-的存在可能促进臭氧氧化某些胺基化合物生成NDMA的风险,妨碍了臭氧的更广泛应用,导致含氮消毒副产物的健康风险的增加并给饮用水带来安全隐患,但是其影响因素和生成机制尚不清楚。因此本研究选取10种不同结构的典型氨基化合物进行实验,分别探究在不同氧化条件和水中不同组分的情况下,Br-对氨基化合物臭氧化生成NDMA的影响和转化途径。本研究选取10种不同结构的氨基化合物,通过对比其在不同Br-浓度时臭氧化形成NDMA的生成规律,探究Br-浓度对其影响。研究发现,低浓度Br-主要通过消耗溶液中的羟基自由基和催化作用进而影响NDMA的生成,高浓度Br-主要通过和氨基化合物竞争臭氧分子进而影响NDMA的生成。同时选取3种不同自来水厂的水源水进行研究,实验结果显示NDMA的存在水平与氨氮和硝酸根离子有显著的正相关性。相比于水体中不含有Br-时,3种水源水加入Br-后NDMA生成量均呈现增加趋势,其中向G水厂水源水加入0.1μM的Br-后,水中NDMA的含量从54.44ng/L突增至73.11ng/L。一部分氨基化合物添加低浓度Br-后会促进NDMA生成,而在添加高浓度Br-后却呈现相反的规律,抑制NDMA生成。以丁酰肼(DMNZD)为例,研究发现当Br-的投加量从0增加到1μM时,NDMA的浓度从138增加到195.5μg/L;但当Br-的添加量为100μM时,NDMA的生成量下降至80μg/L。弱酸性或碱性条件(pH=9)和水中的其他组分(HCO3-,NOM,高浓度的HA)可抑制臭氧氧化DMNZD生成NDMA。SO42-和低浓度的HA则会促进其形成。一部分氨基化合物添加低浓度Br-后会促进NDMA生成,同样添加高浓度Br-后仍然会使NDMA生成量持续增加。以偏二甲肼(UDMH)为例,研究发现当Br-投加量从0增加到100μM时,NDMA的浓度从142.5持续升到327.5μg/L。且无论是否含有Br-,O3浓度增加都会导致NDMA的生成量增加。当臭氧剂量从0增加到4 mg/L时,NDMA达到最高的摩尔产率17.8%。而当溶液中存在0.1μM Br-时,NDMA达到最高的摩尔产率20.9%。基于LC/MS/MS和GC/MS的结果提出了Br-影响DMNZD和UDMH臭氧化生成NDMA的转化途径。该成果探讨了在臭氧化过程中Br-对典型氨基化合物形成NDMA的影响,为避免或消减Br-促进一部分氨基化合物臭氧化生成NDMA的研究提供了理论依据和技术支撑,并展望了今后的研究方向。
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