水中甲苯、对二甲苯磁化-光解耦合过程动力学研究.pdf

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1、第2l卷第5期环境化学VoI.2l，No.52002年9月ENVIRONMENTALCHEMISTRYSeptember2002!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!水中甲苯、对二甲苯磁化!光解耦合过程动力学研究"）王郁朱润华李俊杰林逢凯胥峥（华东理工大学资源与环境工程学院，上海，200237）摘要以甲苯、对二甲苯两种典型苯系污染物为研究对象，对其在水中的紫外光解（UV）、磁化-紫外光解（PM-UV）进行了过程动力学比较研究，结果证实高强度永久磁场（>0.lT）有促进光解的效应，并阐述了磁场通过影响

2、污染物光解时，自由基对系间跃迁速度的变化而影响反应速度的作用机理.关键词：甲苯，对二甲苯，磁化-光解耦合过程，磁动力化学.天然水中的光解过程是许多有机污染物转化、降解的重要途径［l］.本文在甲苯、对二甲苯纯光解动力学研究［2］的基础上，以高强度永久磁场促进油中芳烃典型污染物甲苯、对二甲苯的紫外光解（PM-UV）方面的研究结果：包括耦合过程动力学、反应影响因素（如磁场强度、污染物分子结构等），进一步探讨了磁场对其光解的作用机理，为该处理技术提供理论依据.l实验部分l.l磁化-紫外光解实验分别取一定量的甲苯、对二甲苯水溶液于光解反应池中，反应池置于匀强永久外磁场中，经

3、高压汞灯在一定光照距离下垂直照射，定时取样分析.挥发空白试验为其它反应条件不变，反应池改为全玻璃皿制，以隔离紫外辐射.改变磁场强度，考察其对磁化-光解耦合过程的影响.l.2分析方法反应液中甲苯、对二甲苯的浓度以气相色谱法分析，反应液首先经二氯甲烷萃取浓缩（溶剂相1水相=l1l0），然后进样GC分析.HP4890色谱仪，HP-5（CrossIhnked5%PHMEShIoxane）30mX0.53mmX0.88!m毛细管柱，柱温l00C，载气N2，FID检测.以保留时间定性，外标法以峰面积百分比定量.l）国家自然科学基金资助项目（29877007）.5期王郁等：水中

4、甲苯、对二甲苯磁化-光解耦合过程动力学研究4592结果与讨论2.1苯系物水溶液的磁化-光解耦合作用不同磁场强度下，苯系物水溶液的磁化-光解曲线如图1所示.外加磁场的介入使苯系物水溶液的磁化-光解曲线较紫外光解曲线下降更快，促进其紫外光解.对甲苯而言，45min前的磁化-光解曲线与紫外光解曲线无明显差别，45min后的磁化-光解曲线与紫外光解曲线有差异.对二甲苯在整个反应时间段内，其磁化-光解曲线与紫外光解曲线有差别，尤其是0.32T下的磁化-光解曲线与紫外光解曲线相比有明显下降.图1甲苯、对二甲苯磁化-光解曲线（光照距离!=60cm）Fig.1Magnetizat

5、ion-photoiysiscurveoftoiueneand"-xyiene外加磁场对苯系物光解的促进作用还可以从其在水溶液中的去除效率的提高来说明.由图2可知，外加磁场强度>0.1T，苯系物光解去除效率开始提高，至0.32T时，去除效率几乎提高一倍，尤其对二甲苯的光解效率还大于一倍.图2苯系物磁化-光解去除率（光照2h；光照距离!=60cm）Fig.2Removaioftoiuene&"-xyienebymagnetization-photoiysis460环境化学21卷按一级反应动力学方程拟合苯系物水溶液磁化-光解曲线数据，不同磁场强度下苯系物光解反应动力学

6、参数见表1.表1磁化-光解反应动力学参数Table1KineticparametersOfmagnetizatiOn-phOtOIysisH/Tk（X103）/min-13）/min-1t/mint/min0甲k对（X101/2甲1/2对04.412.071573340.105.232.171323190.156.572.301053010.227.582.49912780.328.765.0479137注：光照距离h=60cm.苯系物的光解反应速率常数随外加磁场强度H0的增大而提高，半衰期则随之缩短.当外加磁场强度为0.32T时，甲苯水溶液的光解速率常数为无磁场

7、条件下的1.98倍，半衰期由无磁场条件下的157min缩短为79min；对二甲苯水溶液的光解速率常数为无磁场条件下的2.43倍，半衰期由无磁场条件下的334min缩短为137min.以上结果表明：外加磁场能促进苯系物的光解.2.2苯系物磁化-光解耦合过程动力学方程为考察磁场强度H0对光解速率的影响，设外加磁场强度H0与光解速率常数k的关系如下：g（1）k=k3XH0式中，g为磁场强度对反应速度影响的方次数，k3为比例系数.经等式变换，求磁场强度H0对苯系物光解反应速率常数k影响程度：Ink=Ink3+gXInH0（2）将表1数据代入式（2），得：甲苯：Ink=-4

8、.2253