CN102432095A

CN102432095A - 利用电子束辐照降解水中二氯吡啶酸的方法

Info

Publication number: CN102432095A
Application number: CN2011103327990A
Authority: CN
Inventors: 卜葶葶; 徐刚; 吴明红; 郑继三; 裘文慧; 王亮
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2011-10-28
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2012-05-02

Abstract

本发明提供一种利用辐照处理水体中二氯吡啶酸的方法，是一种高效节能性的水处理技术。该方法采用电子加速器辐照条件下产生高能量电子，对含有二氯吡啶酸的水体进行处理，使其降解。本发明中所用的电子加速器的能量为1.8MeV，电流强度为1mA，电子辐照剂量为5～50KGy。所用的二氯吡啶酸的样品溶液中加入2～10mM的过氧化氢，并调节溶液的pH值达7～11，以促进其降解作用，同时可适当降低辐照剂量。

Description

利用电子束辐照降解水中二氯吡啶酸的方法

技术领域

本发明涉及一种废水处理的新技术——电子束处理技术，属于废水处理技术领域和辐射化学处理技术领域。对含有二氯吡啶酸的水体进行处理，使其降解。

背景技术

二氯吡啶酸是一种除草剂，用于去除一年生和多年生的杂草，其广泛使用导致在环境中大量残留，在一些地区的饮用水中可以检测到其存在，给人类的生命健康带来了威胁，它可以使人的呼吸系统变的困难，并对视力有很大的影响。

二氯吡啶酸在环境中的归宿为：

在土壤中：二氯吡啶酸在土壤中的活性一般，而且土壤对它的吸附也不强，在土壤中的吸附行为大部分是由植物的根系来完成的。在无氧和少量微生物存在条件下的土壤中这种除草剂可以持续很长时间，一般环境下在土壤中的半衰期是从4天到287天不等，主要原因是由于土壤类型、当地气候和土壤中的微生物都会对它的降解产生影响。土壤中唯一被鉴定出的降解产物是二氧化碳，其他的降解产物还没有被发现。

在水中：二氯吡啶酸可溶于水且容易移动，并且由于土壤的颗粒对它不产生吸附，在土壤中的降解也不稳定，所以它非常有可能渗入到地下水中。在渗透性很高和水层很浅的土壤中使用二氯吡啶酸就有可能污染地下水，另外在污水池周围和地表有明显裂缝的地区使用这种农药也有可能对地下水产生污染，而且在湿地周围使用还会严重污染地表水。与其它农药相比，二氯吡啶酸在环境水中的含量只有阿特拉津的0.1%，尽管含量低，但在所调查的二十条河流的河谷中仍有两个地点检出了二氯吡啶酸的存在。

在空气中：二氯吡啶酸在空气中不易挥发，施用过二氯吡啶酸的植物在燃烧后有副产物的产生。

由于二氯吡啶酸对光稳定，在自然光条件下不分解，在单纯的紫外光条件下也难以降解，二氯吡啶酸的残留给生态环境和人类的健康带来极大的威胁，因此对于二氯吡啶酸的废水的处理需要寻找一种有效的办法使其降解。

综上所述，对于处理二氯吡啶酸的废水处理，研究一种高效的研究开发一种较为理想的有效处理方法极为迫切。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术存在的问题，提供一种利用辐照的方法降解水体中的二氯吡啶酸的方法，是一种高效节能型的水处理技术。

本发明一种利用电子束辐照降解水中二氯吡啶酸的方法，其特征在于具有以下的过程和步骤：

a. 将一定量的二氯吡啶酸溶解在水中，配制二氯吡啶酸浓度为100～400mg/L的溶液；将样品倒入石英试管中；在样品溶液中添加少量高氯酸或氢氧化钾，使溶液的初始pH值为7～11；同时加入2～10mM的过氧化氢，以促进降解作用；然后将放有上述溶液的石英试管置于电子加速器的辐照窗口下；开启电子加速器进行电子束辐照；电子加速器的能量为1.8MeV，电流强度为1mA；高能电子束的辐照剂量为5～50KGy；辐照前后样品溶液的浓度通过高效液相色谱来测定，得知其降解率。

本发明的有关机理和原理：电子束辐照技术是一种有效的高级氧化技术，高能电子束和γ射线进入水体发生的反应基本相同，当高能电子束进入水体后，在10^-7秒内与水分子发生如下反应生成各种活性物质：

括号中的数字表示每吸收100eV的能量时，水中产生的各种自由基的数量。辐照就是利用高能电子进入水体的瞬间与水分子反应产生活泼的自由基e_aq ^-，OH^.，H^.等对废水进行处理。这些自由基e_aq ^-，OH^.，H^.都是高活性物质，能迅速与水体中的有机物反应，从而达到降解转化有机物的目的。由于反应产生的e_aq ^-和OH^.数量基本相当，所以污染物的去除可以是氧化作用也可以是还原作用，这主要取决于污染物的浓度、化学结构和水质条件。OH^.是典型的氧化剂，其标准氧化还原位高达2.80V，仅次于氟(2.87V)，是目前已知可在水处理中应用的最强的氧化剂，它作为反应的中间产物，可诱发后面的链反应，且OH^.与水中绝大多数有机物的反应速度常数均在10⁸~10¹⁰M^-1 .s^-1数量级范围，与有机物反应主要是加成作用和提氢反应。加成作用主要是和含有不饱和键的有机物，如含烯键和芳环的有机物。提氢反应主要是和饱和脂肪族化合物和许多不饱和化合物反应，如醛类和酮类有机物。

本发明的优点在于：目前对于二氯吡啶酸的降解和去除国内外进行了大量研究，但还没有特别理想的方法。而辐照是唯一能够同时在水体系中产生浓度既高又近乎相等的强氧化

剂和强还原剂的技术。

附图说明

图1为本发明不同初初始浓度条件下二氯吡啶酸的降解曲线图。

图2为本发明中初始pH对二氯吡啶酸降解的影响。

图3为本发明中过氧化氢对二氯吡啶酸降解的影响。

具体实施方式

现将本发明的具体实施例叙述于后。

实施例1：将二氯吡啶酸粉末称量后溶解在纯水中，分别配制二氯吡啶酸的浓度为100mg/l，200mg/l, 300mg/l, 400mg/l。将样品倒入石英试管中，放在电子加速器的辐照窗口下，其中石英试管中液面离辐照口的距离为30厘米，液体的厚度为5厘米。开启电子加速器，准备辐照。辐照前后样品的浓度通过高效液相色谱来测定，并得知其降解率。本实施例中所用电子加速器的能量为1.8MeV，电流强度为1mA，高能电子束的辐照剂量为10～50KGy。测试的样品溶液中加入少量KOH，调节其pH值为7～11；同时加入2～10mM的H₂O₂，以促进其降解作用。

本发明中的一些相关试验如下所述：

试验1：对二氯吡啶酸初始浓度为100~400mg/L的常规水体，经1.8MeV，1mA的高能电子加速器产生的高能电子束，在5～20kGy的辐照剂量下，测知其二氯吡啶酸可达到99%以上的降解率。二氯吡啶酸的降解与吸收剂量之间符合准一级动力学。具体降解情况与吸收剂量的关系如图1。其中C为降解后的浓度，C₀为初始浓度。C/C₀为相对浓度。

试验2：较高pH值对辐照效果有促进作用，对于300mg/L的二氯吡啶酸通过加添加高氯酸或氢氧化钾使得溶液初始的pH等于3,7,11的条件下进行辐照处理，发现碱性条件更有利于二氯吡啶酸的降解，具体情况如图2。

试验3：对于初始浓度在300mg/L的二氯吡啶酸的溶液中添加至溶液中过氧化氢的浓度为1~20mM，发现在添加2～10mM过氧化氢时对降解有促进的作用，进一步的添加过氧化氢使降解率下降，因此添加10mM的过氧化氢是最合适的。具体添加过氧化氢对降解的影响如图3。

通过以上试验得出的结论如下：

(1) 辐照源电子加速器产生的高能电子束，辐照剂量越高，降解率越高；

(2) 较高pH值对辐照效果有促进作用。在其它条件相同的情况下，碱性条件下降解效果明显好于在酸性和中性条件。

(3) 添加一定浓度在过氧化氢对降解有明显的促进作用，因为过氧化氢的加入可以提高溶液中氢氧自由基的浓度，加速了二氯吡啶酸的分解。

(4) 二氯吡啶酸在电子束辐照条件下最终分解为氯离子、硝酸根离子、铵根离子、甲酸，乙酸，乙二酸等。

Claims

1.一种利用电子束辐照降解水中二氯吡啶酸的方法，其特征在于具有以下的过程和步骤：将二氯吡啶酸溶解在水中，配制二氯吡啶酸浓度为100～400mg/L的溶液；将样品倒入石英试管中；在样品溶液中添加少量高氯酸或氢氧化钾，使溶液的初始pH值为7～11；同时加入2～10mM的过氧化氢，以促进降解作用；然后将放有上述溶液的石英试管置于电子加速器的辐照窗口下；开启电子加速器进行电子束辐照；电子加速器的能量为1.8MeV，电流强度为1mA；高能电子束的辐照剂量为5～50KGy；辐照前后样品溶液的浓度通过高效液相色谱来测定，得知其降解率。