全氟及碳氢表面活性剂辐解稳定性对比研究

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共沉淀浮选法作为一种放射性废液处理技术,以效率高、费用低的特点被广泛应用。本论文的研究目的是针对共沉淀浮选法中使用的各种表面活性剂辐解稳定性问题,深入研究全氟辛烷磺酸PFOS、十二烷基苯磺酸钠LAS和十六烷基三甲基溴化铵CTAB在电子束辐照下的辐解机理,并对三者的辐解动力学作比较。实验中使用液相色谱-质谱联用技术对辐解中间产物进行定量定性分析,使用离子色谱对辐解过程中产生的无机离子的浓度进行测定。
  本论文的研究表明,PSOS、LAS、CTAB的降解率在碱性条件下较高,数值达93.8%、89.1%和80.6%,辐照剂量的增大促进了水的辐解反应,使溶液中·OH和eaq-的含量增多,提高了脱氟率和降解率。在PFOS的辐解过程中,·OH主要攻击C-F键,而eaq-在C-C键和C-F键断裂中都发挥作用,其辐解中间产物基本都是短链的全氟羧酸,CF3COO-在最大剂量10kGy时的浓度最大到14.3mg/L。LAS和CTAB的辐解实验结果是H2O2和FA的添加对二者的辐解反应都有促进作用,通过对溶液中SO42-和NH4+浓度的测定,发现·OH是C-S键断裂的原因,而NH4+的生成必须·OH和eaq-同时存在,对辐解中间产物的分析得出结论:LAS的辐解过程包括烷基链的氧化脱酸和苯环的脱磺化,CTAB辐解过程有铵根的脱落与氧化和烷基链的氧化脱羧两个部分。
  运用拟一级动力学方法对三种表面活性剂的实验数据进行拟合计算,分别列出了PFOS、LAS和CTAB在不同pH值下的辐解动力学方程,半衰期的对比结果表明全氟表面活性剂的辐解稳定性要优于碳氢表面活性剂,pH值对辐解反应速率的影响主要在于水的辐解产物在不同pH值下的产额不同。低浓度的H2O2可以提高PFOS的辐解反应速率,高浓度时则降低,而FA的浓度变化基本对PFOS反应速率没有贡献,因为其反应分级数仅为0.0348,可以忽略。
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