PDMDAAC與氯胺反應(yīng)形成NDMA規(guī)律的初步研究

發(fā)布時間：2020-08-11 17:32

【摘要】：我國微污染原水普遍含有氨氮,在原水處理制飲用水過程中多采用氯作為預(yù)氧化的消毒劑,在這種情況下就可能會生成氯胺。進一步,產(chǎn)生的氯胺就可能會與水中已有的和所投加的水處理劑中的含有二甲胺(DMA)官能團的小分子和聚合物((如聚二甲基二烯丙基氯化銨(Polydimethyldiallylammoniumchloride,簡稱 PDMDAAC))等反應(yīng)生成一種消毒副產(chǎn)物(N-Nitrosodimethylamine,簡稱NDMA)。本論文在已有文獻報道的基礎(chǔ)上以PDMDAAC與一氯胺的反應(yīng)過程為研究對象,通過初步試驗,建立相應(yīng)的檢測方法,研究并得到PDMDAAC和一氯胺濃度隨反應(yīng)時間變化規(guī)律以及NDMA的生成規(guī)律,嘗試建立了反應(yīng)動力學(xué)方程并得到活化能。完成的主要工作如下。首先,為了驗證較高濃度100mg/LPDMDAAC投加量下NDMA生成規(guī)律,對已有文獻報道的200ng/L量級的NDMA的檢測方法進行驗證并實際應(yīng)用。結(jié)果發(fā)現(xiàn):該方法在NDMA測定范圍0.2～1.0mg/L和2.0～10.0mg/L的精密度分別為0.51±0.03mg/L和5.13±0.20mg/L,加標(biāo)回收率為98.2%～99.8%。采用該方法研究在100mg/L PDMDAAC與125mg/L一氯胺反應(yīng)條件下的各種影響因素,如:反應(yīng)時間、一氯胺濃度、反應(yīng)溫度、pH值和PDMDAAC特征黏度值對NDMA的生成規(guī)律的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn):固定其它條件不變時,NDMA生成量會隨著一氯胺濃度、反應(yīng)時間和溫度在相應(yīng)范圍內(nèi)的增大而增大;其中,對于中低特征黏度PDMDAAC在25℃,反應(yīng)12h的條件下,于pH=5～9范圍內(nèi),NDMA生成量先從pH=5時的0.8μg/L增加到pH=8時的9.0μg/L后又減少到6.4μg/L;此外,還發(fā)現(xiàn)與上相同條件下,隨PDMDAAC特征黏度值增大,NDMA最大生成量從9.0μg/L減少到7.1μg/L。其次,為了研究近實際微污染原水的處理條件下NDMA的生成規(guī)律,改進得到了新的檢測限為1Ong/L的NDMA的檢測方法,在驗證精密度和加標(biāo)回收率的基礎(chǔ)上,探究在近實際微污染原水處理條件下各種因素對NDMA生成規(guī)律的影響。結(jié)果表明:該方法精密度為25.10±0.80ng/L,加標(biāo)回收率為98.22%～104.18%,表明改進后的NDMA檢測方法可行。采用該方法對0.5～4.0mg/L 一氯胺濃度與0.5～3.0mg/L PDMDAAC反應(yīng)生成NDMA影響規(guī)律進行探究。結(jié)果表明:在實際范圍內(nèi),隨著反應(yīng)物濃度、時間或溫度的增加,NDMA生成量隨之增加;但是,PDMDAAC特征黏度增加從0.5dL/g增加至3.0dL/g時,卻發(fā)現(xiàn)NDMA的形成量從36.3ng/L減少到14.9ng/L;同樣的,pH值增加,則NDMA的生成量先從pH=5時的最小值8.6ng/L增加到pH=8時的最大值27.0ng/L后又在pH=9時減少到13.7ng/L。最后,為了深入了解研究PDMDAAC與一氯胺作用生成NDMA過程,研究了兩者的反應(yīng)動力學(xué)。采用初始濃度法來探索PDMDAAC與一氯胺濃度隨時間的反應(yīng)規(guī)律,并求算反應(yīng)動力學(xué)方程和活化能。結(jié)果發(fā)現(xiàn):PDMDAAC與一氯胺反應(yīng)過程中各自的衰減趨勢都符合準一級反應(yīng)動力學(xué)規(guī)律(R20.9989)。在反應(yīng)溫度為15、25和35℃時,PDMDAAC與一氯胺反應(yīng)生成NDMA過程的反應(yīng)總級數(shù)分別為1.964、1.947和1.95;平均反應(yīng)速率常數(shù)分別為7.30×10-6、1.17×10-5和2.39×10-5(mol·L-1)-1h-1;反應(yīng)活化能Ea約為 44.23 kJ.mol-1。以上工作可為我國微污染原水在采用預(yù)氯氧化和氯消毒處理過程中,同時采用含PDMDAAC的復(fù)合混凝劑強化處理工藝條件下,消毒副產(chǎn)物NDMA的生成可能性、生成含量預(yù)測與跟蹤研究提供基礎(chǔ)實驗數(shù)據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU991.2;O623.737
【圖文】：

機理,甲醇

而后采用適當(dāng)?shù)娜軇┻M行選擇性解吸，從而達到分離和富集目標(biāo)化合物的目的。逡逑其原理是利用不同物質(zhì)在兩相中具有不同的分配系數(shù)，因此通過使各組分物質(zhì)經(jīng)過吸附逡逑－解吸的分配作用從而達到萃取目的。固相萃取具體過程如下簡圖２．２所示。逡逑因此，如前所述，利用固相萃取原理對含ＮＤＭＡ的待測溶液進行萃取濃縮進而檢逡逑測是一種行之有效的方法。對于固體填充物常見的活化溶液有二氯甲烷、甲醇、水等溶逡逑液，洗脫劑一般為有機溶劑，如二氯甲烷、甲醇和丙酮等［６４］。在本論文實驗中ＮＤＭＡ逡逑標(biāo)液是采用甲醇作為溶劑，且在檢測過程中ＨＰＬＣ色譜儀流動相為甲醇和水，本文采用逡逑椰子殼ＳＰＥ萃取柱，用二氯甲烷、甲醇和水對固相萃取柱進行前處理活化后采用甲醇溶逡逑劑進行洗脫得到待測物質(zhì)，最后用ＨＰＬＣ進行檢測。逡逑１４逡逑

原理圖,固相萃取,液相色譜法,分析檢測

ａｇｇｒｅｇａｔｅｄ邋ＡｇＮＰｓ邐ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ邋ＡｇＮＰｓ逡逑圖２．１邋ＡｇＮＰｓ法測定ＰＤＭＤＡＡＣ機理逡逑２．３固相萃取技術(shù)原理逡逑固相萃取技術(shù)（Ｓｏｌｉｄ－Ｐｈａｓｅ邋Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ，簡稱ＳＰＥ）［８５１是指通過利用固體吸附填充劑將逡逑待萃樣品中的目標(biāo)物吸附，從而使得其與樣品溶液的其它物質(zhì)分離，然后再加入適當(dāng)?shù)腻义舷疵撘合疵搹亩馕剑划?dāng)然，也可將干擾雜質(zhì)選擇性吸附，從而讓目標(biāo)物質(zhì)直接通過逡逑固體吸附劑。另外，為減少固體吸附劑的選擇難度，可選擇讓千擾雜質(zhì)和目標(biāo)物質(zhì)同時逡逑被吸附，而后采用適當(dāng)?shù)娜軇┻M行選擇性解吸，從而達到分離和富集目標(biāo)化合物的目的。逡逑其原理是利用不同物質(zhì)在兩相中具有不同的分配系數(shù)，因此通過使各組分物質(zhì)經(jīng)過吸附逡逑－解吸的分配作用從而達到萃取目的。固相萃取具體過程如下簡圖２．２所示。逡逑因此，如前所述，利用固相萃取原理對含ＮＤＭＡ的待測溶液進行萃取濃縮進而檢逡逑測是一種行之有效的方法。對于固體填充物常見的活化溶液有二氯甲烷、甲醇、水等溶逡逑液

方案設(shè)計,思路圖