D01:10.13374.ism1001053x.2007.s2.080 第29卷增刊2 北京科技大学学报 Vol.29 SuppL 2 2007年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2007 模型沉积物中POPs的超声波降解 梁君)吴胜利)林直人2)调枝浩实2)葛西荣实2) 1)北京科技大学治金与生态工程学院.北京1000832)日本东北大学环境科学研究科.仙台980一8577 摘要以六氯苯为例.用超声波辐射及与其它高级氧化技术AOP相结合来降解持久性有机污染物(POPs),结果表明.当 超声波辐射与紫外线辐射结合时，六氯苯的降解率与单一超声波辐射降解率几乎相同.分别为397%和40.0%：而当超声波 辐射与光催化相结合时，由于所添加的T02颗粒促进了空穴的形成.降解率可提高到49.4%：当表面活性剂的质量分数提高 到Q1%时，降解率可提高到49.2%：当用双频超声波辐射时，六氯苯的降解率高于任一单频超声波辐射.经过1h超声波辐 射，20/176kz双频，20kz单频和176单频条件下，六氯苯降解率分别为57.5%，3.67%和410%. 关键词POPs:超声波降解；高级氧化技术六氯苯 分类号X592 含氯有机物，如二恶英、多氯联苯，DDT和六氯 POPs的促进作用. 苯等，被称作POPs(persistent organic pollutants),它 们是一类具有环境持久性、生物累积性、长距离迁移 1实验 能力和高生物毒性的特殊污染物.POPs不仅存在 1.1模拟沉积物的制备 于空气、水和有机生物体中，也同样存在于海港和湖 湖泊中的沉积物通常由80%~90%的无机物 泊的沉积物中.这类沉积物数量巨大且具有非常强 和10%~20%的有机物组成（质量分数，下同），其 的吸收/吸附有机污染物的能力，因此被认为是 中无机物由约60%~85%的Si02,13%~24%的 POPs的重要“接收器”.这类沉积物通常由沉积在 Al203及微量的T02、P205和碱金属氧化物组成： 湖泊、河水和海底中的砾石，沙子、泥沙、粘士和其他 有机物由纤维素、木质素及微生物组成).考虑以 土壤颗粒组成.处理该类污染沉积物的常规方法有 上因素，本研究中的模拟沉积物由无机物S02和有 沉积物清洗，热脱附和溶媒萃取刂等.沉积物清洗 机物纤维素构成.首先，将Si02颗粒（直径，28m) 是一种包括萃取和分离的物理化学方法一).尽管 与纤维素颗粒（直径，20m)按质量比41充分混 在处理过程中污染物质并没有被破坏，但污染物的 合：然后，按一定比例将溶于己烷的六氯苯加入到模 数量会大幅度降低，并且处理过程灵活、处理后的沉 拟沉积物中，且在室温条件下存放12h,以保证样品 积物可用于多种用途.热脱附是一种应用间接热量 中的已烷充分挥发掉. 蒸发和去除固体中有机污染物的方法9.但是，由 1.2实验设备 于沉积物的高含水量，它并不是一种经济的方法. 实验装置如图1所示.反应在带水冷循环装置 溶媒萃取是利用溶剂的物理化学特性将有机污染物 的圆柱形玻璃容器中进行.液体温度由插入液体中 溶出，之后有机污染物可被浓缩到油状的残渣中， 的热电偶检测，超声波由176kHz的超声波发生器 然而此方法由于并没有完全破坏有机污染物，不可 产生.实验过程中，冷却水的温度保持在20℃.为 能大规模地应用. 了充分混合模拟沉积物与水，一机械搅拌装置放置 最近研究表明超声波辐射能够有效降解这类沉 在容器的中间，并设置搅拌速度为250rmin1. 积物中的污染物，但对于降解机理以及相关因素的 实验步骤为：首先将500mL的蒸馏水和一定量 影响却未见报道.本研究以六氯苯为例，研究了模 的含25mgkg六氯苯的模拟沉积物加入到玻璃容 拟沉积物中超声波辐射条件下POPs的降解效率以 器中，并用搅拌器在250r°min速度下混合均匀. 及各因素的影响，并考察了其它AOPs(advanced 溶液初始pH值通过滴加一定量1mo/L的H2S04 chemical oxidation processes)方法对超声波降解 进行控制.5~10mim后，开始超声波辐射.试验时 收稿日期：2007-10-11 间为Ih,试验结束后试样经过滤，干燥，提取后进行 作者简介：梁君(1972一)，男，讲师博士 化学分析.模型沉积物中 POPs 的超声波降解 梁 君1) 吴胜利1) 林直人2) 枝 浩 2) 葛西 荣 2) 1) 北京科技大学冶金与生态工程学院, 北京 100083 2) 日本东北大学环境科学研究科, 仙台 980-8577 摘 要 以六氯苯为例, 用超声波辐射及与其它高级氧化技术( AOPs) 相结合来降解持久性有机污染物( POPs) .结果表明, 当 超声波辐射与紫外线辐射结合时, 六氯苯的降解率与单一超声波辐射降解率几乎相同, 分别为 39.7%和 40.0 %;而当超声波 辐射与光催化相结合时, 由于所添加的 TiO2 颗粒促进了空穴的形成, 降解率可提高到 49.4 %;当表面活性剂的质量分数提高 到 0.1%时, 降解率可提高到 49.2 %;当用双频超声波辐射时, 六氯苯的降解率高于任一单频超声波辐射.经过 1 h 超声波辐 射, 20/176 kHz 双频、20 kHz 单频和 176 单频条件下, 六氯苯降解率分别为 57.5 %, 3.67%和 41.0%. 关键词 POPs ;超声波降解;高级氧化技术;六氯苯 分类号 X592 收稿日期:2007-10-11 作者简介:梁君( 1972—) , 男, 讲师, 博士 含氯有机物, 如二恶英、多氯联苯、DDT 和六氯 苯等, 被称作 POPs( persistent organic pollutants) , 它 们是一类具有环境持久性 、生物累积性 、长距离迁移 能力和高生物毒性的特殊污染物 .POPs 不仅存在 于空气、水和有机生物体中, 也同样存在于海港和湖 泊的沉积物中.这类沉积物数量巨大且具有非常强 的吸收/吸附有机污染物的能力, 因此被认为是 POPs 的重要“接收器” .这类沉积物通常由沉积在 湖泊 、河水和海底中的砾石、沙子、泥沙 、粘土和其他 土壤颗粒组成.处理该类污染沉积物的常规方法有 沉积物清洗 、热脱附和溶媒萃取[ 1] 等.沉积物清洗 是一种包括萃取和分离的物理化学方法[ 2-3] .尽管 在处理过程中污染物质并没有被破坏, 但污染物的 数量会大幅度降低, 并且处理过程灵活 、处理后的沉 积物可用于多种用途 .热脱附是一种应用间接热量 蒸发和去除固体中有机污染物的方法 [ 4] .但是, 由 于沉积物的高含水量, 它并不是一种经济的方法 . 溶媒萃取是利用溶剂的物理化学特性将有机污染物 溶出, 之后有机污染物可被浓缩到油状的残渣中 . 然而此方法由于并没有完全破坏有机污染物, 不可 能大规模地应用 . 最近研究表明超声波辐射能够有效降解这类沉 积物中的污染物, 但对于降解机理以及相关因素的 影响却未见报道.本研究以六氯苯为例, 研究了模 拟沉积物中超声波辐射条件下 POPs 的降解效率以 及各因素的影响, 并考察了其它 AOPs( advanced chemical oxidation processes) 方 法对超 声波降 解 POPs 的促进作用 . 1 实验 1.1 模拟沉积物的制备 湖泊中的沉积物通常由 80 %～ 90 %的无机物 和 10 %～ 20 %的有机物组成( 质量分数, 下同) , 其 中无机物由约 60 %～ 85 %的 SiO2, 13 %～ 24 %的 Al2O3 及微量的 TiO2 、P2O5 和碱金属氧化物组成; 有机物由纤维素、木质素及微生物组成[ 5] .考虑以 上因素, 本研究中的模拟沉积物由无机物 SiO2 和有 机物纤维素构成.首先, 将 SiO2 颗粒( 直径, 28 μm) 与纤维素颗粒( 直径, 20 μm) 按质量比 4∶1 充分混 合 ;然后, 按一定比例将溶于已烷的六氯苯加入到模 拟沉积物中, 且在室温条件下存放 12 h, 以保证样品 中的已烷充分挥发掉. 1.2 实验设备 实验装置如图 1 所示.反应在带水冷循环装置 的圆柱形玻璃容器中进行.液体温度由插入液体中 的热电偶检测, 超声波由 176 kHz 的超声波发生器 产生.实验过程中, 冷却水的温度保持在 20 ℃.为 了充分混合模拟沉积物与水, 一机械搅拌装置放置 在容器的中间, 并设置搅拌速度为 250 r·min -1 . 实验步骤为:首先将500mL 的蒸馏水和一定量 的含 25 mg/kg 六氯苯的模拟沉积物加入到玻璃容 器中, 并用搅拌器在 250 r·min -1速度下混合均匀. 溶液初始 pH 值通过滴加一定量 1 mol/L 的 H2SO4 进行控制 .5 ～ 10 min 后, 开始超声波辐射 .试验时 间为 1 h, 试验结束后试样经过滤、干燥、提取后进行 化学分析. 第 29 卷 增刊 2 2007 年 12 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol.29 Suppl.2 Dec.2007 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2007.s2.080