光催化氧化降解偶氮染料产生小分子羧酸的测定及相关机理研究

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偶氮染料是纺织印染生产中应用最为广泛的一类合成染料,占染料总产量的70%左右,其生产和应用产生的工业废水已成为最主要的水体污染源之一。光催化氧化法是众多印染废水处理技术中的一种,以其高效及不产生二次污染等特点受到重视。大量研究发现,利用光催化氧化技术处理染料废水达到很高脱色率的时候,其COD(或TOC)的去除率则相对较低,这主要是因为染料氧化降解生成的中间产物常常比其自身更加稳定而难于被继续矿化所致。根据有机物的氧化还原特性,小分子羧酸往往是有机物氧化降解的中间产物和终产物,其稳定性高,对有机羧酸降解能力的高低,可直接反映高级氧化技术的氧化能力。开展小分子羧酸的分析方法研究,有助于光催化氧化处理印染废水技术的发展。本课题以偶氮染料光催化氧化降解过程中可能产生的小分子羧酸甲酸、乙酸、乳酸、丁二酸、柠檬酸、苹果酸、乳酸为目标分析物,建立了其标准样品的毛细管电泳(CE)分析方法:在以pH值为7.2的230mmol·L-1磷酸二氢钠--115mmol·L-1四硼酸钠--0.5mmol·L-1十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶液为缓冲液,分离电压-12 kV,检测波长200 nm的条件下,待测样品在10min内达到基线分离。针对实际降解产物含量低,CE直接测定困难的问题,采用三相液相微萃取法进行富集,优化后的HF-LLLME萃取条件为:有机相为磷酸三丁酯(TBP),供体相pH为2.5,接收相pH为12.0,萃取时间为45 min,萃取接收相可直接进样CE测定。相关目标分析产物的富集倍数在7-67之间,样品相中7种有机酸的质量浓度在5 mg·L-1-1000 mg·L-1的范围内与电泳峰面积呈良好线性(r2>0.9991),方法的检出限为0.09mg·L-1-0.54mg·L-1。运用HF-LLLME-CE法对TiO2光催化降解偶氮染料活性艳红X-3B过程中产生的有机酸进行测定,测得了草酸、丁二酸、柠檬酸、苹果酸,检测到的4种羧酸的投加回收率在93%-110%之间。偶氮染料分子中除偶氮键与两个及以上的芳香环共轭组成发色团外,还常含-Cl,-SO3和-NO2等助色团,其降解过程在生成有机酸的同时有相关无机阴离子产生。为实现偶氮染料光催化氧化过程中产生的小分子有机酸及无机阴离子的同时测定,本课题以甲酸、乙酸、乳酸、草酸、苹果酸、丁二酸、Cl-、SO42-、NO3-为目标分析物,采用IonPacAS23色谱分离柱,自动发生的KOH为淋洗液,建立了离子色谱(IC)的分析方法:在进样10μl,淋洗速度为1mL/min的条件下分别以等度和梯度淋洗程序进行测定,相关各物质在15min内可实现分离,并在质量浓度0.125 mg·L-1-32.00 mg·L-1的范围内线性关系良好(r2≥0.9991)。运用该法对甲基橙光催化氧化降解产物进行测定,检测到乳酸、乙酸、甲酸、草酸4种小分子有机羧酸及2种无机阴离子SO42-,NO3-,各物质的加标回收率在94%~102%之间。在研究上述降解产生小分子有机酸及无机阴离子测定的基础上,进行了降解体系的LC-MS分析,结合染料降解过程中的TOC值和相应的紫外可见光谱变化,对TiO2光催化氧化降解甲基橙染料的历程进行了初步的探讨。
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