紫外线光去除水中微量甲苯的研究 页码，1/2 紫外线光去除水中微量甲苯的研究 应化0102王健指导教师张常群 摘要：紫外光(UV)去除水中微量甲苯(<I0mg·L)可以用一级动力学方程描述。pH为7 时，去除速率常数k为0.453l,半衰期12为1.53h:在pH为5~9范用内，速率常数和半衰期变化不 大。测定了甲苯降解过程中溶解氧的变化和H的作用。利用气相色谱一质谱联用仪测定甲苯的降 解产物，讨论了甲苯降解的机理：甲苯吸收UV后发生反应，生成苯甲醛、苯甲醇、2-甲苯酚、3甲 苯酚 4甲苯酚和苯甲酸等含氧化合物， 关键词：微量甲苯紫外光甲苯的降解产物一级动力学反应 论文中所用到的物理化学原理 一级动力学反应 对于反应A一产物 若反应的速率与反应物A浓度的一次方成正比，该反应即一级反应，即 = d 积分得 芒- 即 光w InC=-kt+InC40 (a) 从式中可看出，一级反应lnC4-t呈直线关系 某一时刻A的转化率 X,Cu-C C4.0 将C4=C0=1-X)代入式(a)得： In (6) 这是一级反应积分工的另一形式。 file://E:\TDDOWNLOAD\dsbg\dsbg02.htm 2008-4-22
紫外线光去除水中微量甲苯的研究 应化0102 王健 指导教师 张常群 摘要：紫外光（UV）去除水中微量甲苯（<10mg·L-1）可以用一级动力学方程描述。pH为7 时，去除速率常数k为0.453h-1，半衰期t 1/2为1.53h；在pH为5～9范围内，速率常数和半衰期变化不 大。测定了甲苯降解过程中溶解氧的变化和pH的作用。利用气相色谱——质谱联用仪测定甲苯的降 解产物，讨论了甲苯降解的机理：甲苯吸收UV后发生反应，生成苯甲醛、苯甲醇、2-甲苯酚、3-甲 苯酚、4-甲苯酚和苯甲酸等含氧化合物。 关键词：微量甲苯 紫外光 甲苯的降解产物 一级动力学反应 论文中所用到的物理化学原理 一、一级动力学反应 对于反应 A→产物 若反应的速率与反应物A浓度的一次方成正比，该反应即一级反应，即 积分得： 即 或 （a） 从式中可看出，一级反应 呈直线关系 某一时刻A的转化率 将 代入式（a）得： （b） 这是一级反应积分工的另一形式。 A A kl t l − = d d ∫ ∫ − = − C t C A A k t C A A 0 d dC ,0 kt C C A A = ,0 ln ,0 ln ln A CA C = −kt + C t ln A − ,0 ,0 det A A A A C C C X − = (1 ) CA = CA,0 = − X A kt X A = 1 − 1 ln 紫外线光去除水中微量甲苯的研究 页码，1/2 file://E:\TDDOWNLOAD\dsbg\dsbg02.htm 2008-4-22
紫外线光去除水中微量甲苯的研究 页码，2/2 转C,号代入。支吃代入，可得半衰開会式 =h2069 二、光化学第一定律 即只有被物质吸收的光，才能发生光化学变化。受激分子从基态到激发态所需的能量要与光子 的能量相匹配，因此并非任意波长的光都能被吸收。 物化原理在实践中的应用和认识 1显然，单分子基元反应为一级反应 些物质的分解反应，即使不是基元反应往往也表现为 一级反应， 些放射性元素的蜕变，例如镭的蜕变Ra→Rn+He,也可认为是一级反应。 若由实验测得一系列不同时刻时反应物的浓度CA,常采用作lC图，按式(a)由图中斜率求 得k值，进而又可求得半衰期2 在论文中实践如下， 不同光照时间溶液中残留甲苯的浓度(pH=7.0) 光照时间h 00250.51.01.52.03.0 甲苯浓度/mg·L1 8.677.446.165.064.52324 214 InC/ICA] 2.16☐2.01☐1.821.621.511.180.77 列表作图，得一直线，说明甲苯的光解作用符合一级反应。 由图中求斜率，在直线上取两点(2.0,1.18)及(0.25,2.01)，得斜率s为： S=201-1.1 =-0.474h- 0.25-2.0 即速率常数k-S0.474h 半籍期a=2-146 这与原论文中用先进仪器计算出的k-0.443h及121.53h有点出入，说明作图存在误差。但仍 然证明了紫外光去除水中微量甲苯可以用一级方程描述 2.光化学第一定律在本实验中的实践 降解机理分析 据光化学第一定律，分子只有吸收光能，且能量相匹配，才能发生光化反应。甲苯在230~ 280nm中有一申子吸收带.最大吸收波长为262nm.能量相当于467k】·mo1,比C一H的糖能(414 or少，苯环的“共轭能”(151 or)都才 高压天 打能出波长大于200 m的UV。甲 吸收UV后得到能量 变成热分子， 子具有很高能量 可以离解为苄基和氢自由基 苄基非常 泼，可以认为和溶解氧或水反应，生成苯甲醛、酚和苄醇。苄醇同样可以吸收UV,维续与氧反应生 成醛：醛再被氧化生成苯甲酸。 参考文献 1。物理化学，高等数有出版社 2。有机光化学，人民教育出版社： 3.环境污染与防治，2003,2，第1期： 4.环境科学，第24卷，第3期： 5.大学化学，2002,2： 6.应用化学 fi】 //E:\TDDOWNLOAD\dsbg\dsbg02.htn 2008-4-22
将 代入（a）或 代入（b），可得半衰期公式： 二、光化学第一定律 即只有被物质吸收的光，才能发生光化学变化。受激分子从基态到激发态所需的能量要与光子 的能量相匹配，因此并非任意波长的光都能被吸收。 物化原理在实践中的应用和认识 1．显然，单分子基元反应为一级反应，一些物质的分解反应，即使不是基元反应往往也表现为 一级反应，一些放射性元素的蜕变，例如镭的蜕变Ra→Rn+He，也可认为是一级反应。 若由实验测得一系列不同时刻t时反应物的浓度CA，常采用作lnCA-t图，按式（a）由图中斜率求 得k值，进而又可求得半衰期t 1/2。 在论文中实践如下： 不同光照时间溶液中残留甲苯的浓度（pH=7.0） 列表作图，得一直线，说明甲苯的光解作用符合一级反应。 由图中求斜率，在直线上取两点（2.0,1.18）及（0.25,2.01），得斜率S为： 即速率常数k=-S=0.474h-1 半衰期 h 这与原论文中用先进仪器计算出的k=-0.443h-1及t 1/2=1.53h有点出入，说明作图存在误差。但仍 然证明了紫外光去除水中微量甲苯可以用一级方程描述。 2．光化学第一定律在本实验中的实践——降解机理分析 据光化学第一定律，分子只有吸收光能，且能量相匹配，才能发生光化反应。甲苯在230～ 280nm中有一电子吸收带，最大吸收波长为262nm，能量相当于467kJ·mol-1，比C—H的键能（414 kJ·mol-1），苯环的“共轭能”（151 kJ·mol-1）都大。高压汞灯能出波长大于200nm的UV。甲苯 吸收UV后得到能量，变成热分子，热分子具有很高能量，可以离解为苄基和氢自由基。苄基非常活 泼，可以认为和溶解氧或水反应，生成苯甲醛、酚和苄醇。苄醇同样可以吸收UV，继续与氧反应生 成醛；醛再被氧化生成苯甲酸。 参考文献 1．物理化学，高等教育出版社； 2．有机光化学，人民教育出版社； 3．环境污染与防治，2003，2，第1期； 4．环境科学，第24卷，第3期； 5．大学化学，2002，2； 6．应用化学 2 A,0 A C C = 2 1 X A = k k t 2 0.6931 ln 1/ 2 = = 光照时间t/h 0 0.25 0.5 1.0 1.5 2.0 3.0 甲苯浓度/mg·L-1 8.67 7.44 6.16 5.06 4.52 3.24 2.14 lnCA/[CA] 2.16 2.01 1.82 1.62 1.51 1.18 0.77 1 0.474h 0.25 2.0 2.01 1.18 − = − − − S = 1.46 ln 2 1/ 2 = = k t 紫外线光去除水中微量甲苯的研究 页码，2/2 file://E:\TDDOWNLOAD\dsbg\dsbg02.htm 2008-4-22