三氯卡班氯化动力学及消毒副产物研究开题报告

 2022-01-23 20:56:46

1. 研究目的与意义、国内外研究现状(文献综述)

三氯卡班是一种高效、广谱的杀菌剂,因其杀菌效率高,与日用化工产品中常用原料具有良好的相容性,同时对人体皮肤无刺激性、不会引起皮肤过敏等特性,所以,三氯卡班被用作杀菌剂和防腐剂,国际上广泛应用在洗涤用品、化妆品、医用消毒剂、织物及皮革整理剂等产品中。在产品的生产和使用过程中,产品中的三氯卡班随着废水进入污水处理系统中,而传统的污水处理技术并不能有效的降解废水中的ppcps类物质,因此,在地表水及地下水等各种水体中经常能检测到ppcps,且其表现为累积性增长。赵建亮等人对中国五大水系(黄河、辽河、海河、东江和珠江)中三氯生和三氯卡班的含量进行研究时发现,水体中三氯卡班和三氯生的检出率均达到了 100%,且其含量受城市污水排水量和城市人口总数的影响很大。另外,有很大一部分的三氯卡班未实现生物降解,而是被活性污泥所吸附。剩余污泥因其含有丰富的有机质及植物所需钾钠等元素被制成有机肥,用于农田、园林绿化,从而吸附tcc的污泥进入了土壤圈层,造成土壤污染。

随着药品和个人护理品(ppcps)的大量使用,新型污染物广泛存在于地表水、地下水、土壤等环境介质中,新型污染物已成为重要的环境污染问题,对环境及人体健康构成严重威胁。据有关资料显示,tcc对哺乳动物有慢性毒性,可能干扰哺乳动物繁殖和引起人类高铁血红蛋白症。美国加州大学戴维斯分校的一项研究表明,添加在香皂中的抗菌化学物质 tcc,有可能与一些小的非固醇类分子结合,从而影响固醇类受体信号系统,引发包括癌症、生殖功能障碍和发育异常等病症在内的诸多问题。tcc 很容易在水生生物,如水蚤、水藻等体内积累,从而产生生物富集作用。有研究报道,在texas 一个污水处理厂下游水体中的水藻和蜗牛体内发现了高浓度的 tcc,其富集系数达到了 1200~1700。因此,研究tcc的降解,对解决环境污染问题,保障粮食安全及人类健康具有重要意义。

现在国内外对三氯卡班的研究都集中在三个方向:一、对 tcc 在各地区、各种不同环境中的含量及分布进行检测;二、对tcc对各种水陆生物,特别是人体健康造成的明显的或潜在的影响进行评估;三、对tcc 的提取分析检测技术进行改良。另外,关于tcc在环境中的迁移转化规律也有一些研究。然而,关于三氯卡班去除方法的研究尚少,降解方法主要有吸附法、生物降解和包括光化学氧化、超声化学降解等在内的高级氧化技术。吸附法是利用活性炭比表面积大,吸附容量大的特点去除水体中的污染物,但其存在处理成本高,吸附饱和后脱附困难等问题。对 tcc降解的早期实验表明,tcc先被降解为氯苯胺后才能被生物降解,对 tcc去除率的不稳定在文献中也时有报道。电芬顿降解效果虽好但操作复杂、成本较高,难以实现大规模的应用。臭氧因其强氧化性,能够迅速的杀灭细菌和彻底分解水中的有机物,可有效的控制色度、嗅觉、味觉,并能改善絮凝效果。但其制备过程复杂,且当水中含有溴离子时,产生溴酸盐、三溴硝基甲烷等含溴副产物,溴酸盐具有较强的致癌作用,不利于其进一步应用。光降解tcc的成本虽低,但在其过程中会产生比母体毒性更强副产物。所以,我们积极寻求一种高效、低成本的tcc处理方法。

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2. 研究的基本内容和问题

研究目标:

揭示次氯酸去除水中三氯卡班的动力学规律,探讨次氯酸浓度、ph、温度等因素对反应效果的影响,阐明次氯酸去除三氯卡班的机理,对 tcc氯化过程进行研究,有利于我们更清晰的了解 tcc 的氯化反应动力学,为高效去除水体中的三氯卡班提供新思路。

主要研究内容:

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3. 研究的方法与方案

(1)实验试剂的制备:三氯卡班、缓冲剂、硫代硫酸钠等溶液。如:三氯卡班标准品溶于甲醇制成浓度为1mm的储备液,置于棕色试剂瓶中避光于冰箱中封闭保存,实验中使用的三氯卡班是将储备液稀释至所需浓度。

(2)氯化反应:反应在装有三氯卡班溶液的玻璃试管中进行。向三氯卡班溶液中投加一定量的次氯酸,同时开始计时,每隔一段时间,利用取样枪从试管中取出一定量的溶液并注入装有硫代硫酸钠的液相色谱取样瓶中,此刻反应终止,样液待测。实验过程中,通过水浴槽控制反应温度,磁子搅拌促进药剂混合均匀,且保证反应过程为暗反应,避免光照对实验结果的干扰。

(3)三氯卡班的测定:利用高效液相色谱仪对三氯卡班进行定量分析,根据出峰面积计算出tcc含量。已知tcc 在200 和265 nm 处均有较强的紫外吸收峰,265 nm 处的紫外吸收峰更强、峰形好、相应度高、溶剂干扰较小,因此选择的检测波长为265 nm。常用流动相为乙腈-水或甲醇-水,且不同比例的流动相对测定结果会产生影响。可首先进行预实验,根据出峰时间和tcc与杂质分离效果确定合适的流动相及比例。据文献资料显示,乙腈-水=75:25(v/v),出峰效果好,可作参考。

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4. 研究创新点

目前关于三氯卡班降解的研究较少,研究次氯酸去除水中三氯卡班的动力学规律,探讨次氯酸浓度、pH、温度等因素对三氯卡班去除效果的影响,是本实验的创新之处。

5. 研究计划与进展

研究计划:

2017.02: 文献调研,制订详细实验计划

2017.03-2017.04:实验实施

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