Al2O3和活性炭催化臭氧氧化降解鄰苯二甲酸二甲酯

海睿洋 張志婷 王志鵬 陳蕾

摘 要：鄰苯二甲酸酯是環境中最常見的持久性有機污染物之一，含鄰苯二甲酸酯的廢水用常規工藝難以有效處理。本文研究了Al2O3和活性炭催化臭氧氧化降解鄰苯二甲酸二甲酯的效果，希望為含鄰苯二甲酸酯類工業廢水的高效處理提供參考，對保障環境安全與人類健康有著重要的作用。

關鍵詞：臭氧; 鄰苯二甲酸酯; Al2O3; 活性炭

中圖分類號：X703.1? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ?文章編號：1006-3315（2021）7-143-002

鄰苯二甲酸酯是環境中最常見的持久性有機污染物之一，是由醇與鄰苯二甲酸反應生成的一類有機化合物，目前已被報道的有三十多種[1]。鄰苯二甲酸酯廣泛用作增塑劑被添加在油漆、潤滑劑、粘合劑、塑料包裝和個人護理產品中。由于鄰苯二甲酸酯不與其他聚合物分子形成化學鍵，彼此保持其獨特的物理化學性質，因此，在這些產品的生產、使用和廢棄過程中，鄰苯二甲酸酯容易被釋放至環境中，造成環境污染。鄰苯二甲酸酯在海水、河流湖泊及其沉積物中的污染已在多個國家和地區被發現[2]。已有的研究表明鄰苯二甲酸酯對生物的毒性包括急性毒性、生殖毒性及內分泌干擾效應等[3]。

傳統的水處理工藝并不能有效地去除工業廢水中的鄰苯二甲酸酯類污染物，而臭氧氧化工藝對鄰苯二甲酸酯的降解有一定的效果。活性炭、金屬和金屬氧化物負載、金屬混合物等在內的非均相催化劑是常用的臭氧催化劑[4]。因此本文將對比研究Al2O3和活性炭催化臭氧氧化降解鄰苯二甲酸二甲酯的效果，為含鄰苯二甲酸酯類工業廢水的高效處理提供參考。

1.材料與方法

鄰苯二甲酸二甲酯（分析純）購自美國阿拉丁試劑公司。將鄰苯二甲酸二甲酯粉末溶于超純水配制母液，并按0.5、1、2、5、10、25、50mg/L的濃度梯度稀釋后測定標準曲線。鄰苯二甲酸二甲酯的濃度采用高效液相色譜儀進行檢測[5]。

降解反應在1L的錐形瓶中進行。鄰苯二甲酸二甲酯的初始濃度為50mg/L。臭氧通過臭氧發生器制得，反應系統中臭氧濃度為15mg/L。Al2O3和活性炭均購自南京化學試劑股份有限公司，投加量均分別為0mg/L、1.0mg/L、1.5mg/L、2.0mg/L、2.5mg/L。實驗在25±1℃條件下進行。反應30min后，取20mL的溶液樣品，立即使用0.10mol/L的Na2S2O3終止反應，過濾后測定鄰苯二甲酸二甲酯的濃度。

2.實驗結果與討論

2.1Al2O3催化臭氧氧化降解工藝

Al2O3催化臭氧氧化降解鄰苯二甲酸二甲酯的實驗結果如圖1所示。

單獨2.0mg/L的Al2O3對鄰苯二甲酸二甲酯的吸附作用僅為12.86%，臭氧與Al2O3結合后，降解率提升。當Al2O3投加量增大至2.0mg/L時，鄰苯二甲酸二甲酯的降解率為98.89%;繼續增大Al2O3投加量至2.5mg/L時，鄰苯二甲酸二甲酯的降解率降低至97.79%。隨著Al2O3投加量增大，催化劑活性位點增多，有利于活性自由基的產生，同時Al2O3對鄰苯二甲酸二甲酯的吸附作用增強，提升了鄰苯二甲酸二甲酯的降解。但是，隨著Al2O3的投加量進一步增大，Al2O3與鄰苯二甲酸二甲酯競爭·OH，此時催化劑既是·OH的促進劑，也是抑制劑，類似的現象也曾報道過[6]。因此Al2O3最佳的投加濃度為2.0mg/L。

2.2活性炭催化臭氧氧化降解工藝

活性炭催化臭氧氧化降解鄰苯二甲酸二甲酯的實驗結果如圖2所示。

2.0mg/L的活性炭投加后的鄰苯二甲酸二甲酯的吸附率為19.75%，臭氧通入后，降解率提升。當Al2O3投加量增大至2.5mg/L時，鄰苯二甲酸二甲酯的降解率增加至96.09%。因此，活性炭的最佳投加量為2.5mg/L。

此外，雖然2.0mg/L的活性炭比Al2O3對鄰苯二甲酸二甲酯的吸附去除作用強，但通入臭氧反應30min后，活性炭催化臭氧體系對鄰苯二甲酸二甲酯的降解率比Al2O3催化臭氧體系對鄰苯二甲酸二甲酯的降解率低3.2%。這說明Al2O3對臭氧的催化效率優于活性炭對臭氧的催化效率。

3.小結

通過以上研究，發現Al2O3和活性炭都能有效催化臭氧，提高鄰苯二甲酸二甲酯的降解率。2.0mg/L的Al2O3催化臭氧體系中，鄰苯二甲酸二甲酯的降解率達到98.89%;2.5mg/L的活性炭催化臭氧體系中，鄰苯二甲酸二甲酯的降解率達到96.09%。可見Al2O3臭氧的催化效率更高，Al2O3催化臭氧氧化技術將是實現含鄰苯二甲酸酯工業廢水高效處理的一種極具前景的水處理技術。

資助項目：江蘇省大學生實踐創新訓練計劃項目，編號：202010298036Z

參考文獻：

[1]張威振，賴子尼，趙李娜，等.環境中鄰苯二甲酸酯類污染物的研究進展[J]中國漁業質量與標準，2014，4（4）：13-20

[2]Gasperi J， Dris R， Bonin T， et al. Assessment of floating plastic debris in surface water along the Seine River[J].Environmental Pollution， 2014， 195：163-166

[3]張悅，袁騏，蔣玫，等.鄰苯二甲酸酯類毒性及檢測方法研究進展[J]環境化學，2019，38（5）：1035-1046

[4]Liao M， Chen J， Li L， et al. Effective degradation of nitrotoluenes in wastewater by heterogeneous catalytic ozonation in the presence of calcium oxide[J]Aip Conference Proceedings， 2017， 1890（1）： 1-12

[5]Zhang Z M， Zhang H H， Zhang J， et al. Occurrence， distribution， and ecological risks of phthalate esters in the seawater and sediment of Changjiang River Estuary and its adjacent area [J]Science of the Total Environment， 2018， 619-620： 93-102

[6]任明，孫淑英，金艷，等.催化臭氧氧化法處理煤化工高鹽廢水[J]環境工程，36（8）：59-64