導(dǎo)讀：有機(jī)膦酸鹽由于對金屬離子具有極強(qiáng)的螯合能力，具有緩蝕與阻垢雙重功效，其在反滲透法廢水凈化與海水淡化等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，同時在石油工業(yè)、冷卻系統(tǒng)以及制藥工業(yè)中也有廣泛應(yīng)用。在反滲透廢水回用過程中，高濃度有機(jī)膦酸鹽阻垢劑的存在限制了濃縮廢水的再利用率。因此，去除反滲透廢水中有機(jī)膦阻垢劑有利于進(jìn)一步提高廢水的回用效率。另一方面，有機(jī)膦酸鹽常常包含多個膦酸官能團(tuán)和胺基骨架結(jié)構(gòu)，在自然水體中易發(fā)生緩慢的降解而連續(xù)釋放生物可利用的正磷酸鹽。因此，直接排放含有有機(jī)膦酸鹽的反滲透廢水或其他廢水會加速水體富營養(yǎng)化，而且在受納水體中，有機(jī)膦酸鹽會與金屬離子螯合，增加金屬的生物利用度和毒性。因此，在含有機(jī)膦酸鹽廢水排放之前，迫切需要去除有機(jī)膦酸鹽。

然而，目前經(jīng)濟(jì)高效的有機(jī)膦酸鹽去除技術(shù)還較為欠缺。中國科學(xué)院測量與地球物理研究所環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測評估湖北省重點實驗室副研究員王智聯(lián)合加州大學(xué)河濱分校副教授Haizhou Liu團(tuán)隊研究了紫外光/過硫酸鹽氧化體系對一種典型有機(jī)膦酸鹽(Nitrilotris-methylenephosphonic acid, NTMP)的降解過程與機(jī)制。結(jié)果表明，紫外光/過硫酸鹽能有效地降解NTMP，反應(yīng)遵循偽一級動力學(xué)。中性條件有利于NTMP降解，在高堿性條件下(如pH值11.5)降解受到明顯抑制，這主要是由于硫酸鹽自由基SO4`-濃度降低所致。利用化學(xué)探針精密測量技術(shù)，首次定量了反應(yīng)體系中兩種主要自由基SO4`-和HO`與NTMP反應(yīng)的二級動力常數(shù)分別為(2.9 ± 0.6) × 107 M-1s-1和(1.1 ± 0.1) × 108 M-1s-1。SO4`-對NTMP降解起主要作用(62%-95%)，在pH 4 ~ 11.5之間，SO4`-的穩(wěn)態(tài)濃度比HO` 高11-54倍。在實際含有機(jī)膦酸鹽的廢水中，氯化物和碳酸氫鹽的存在會顯著影響NTMP的降解速率。通過降解產(chǎn)物的測定，研究人員確定了NTMP的降解路徑。經(jīng)濟(jì)性比較表明，紫外光/過硫酸鹽氧化體系降解NTMP的費用僅為紫外光/雙氧水降解體系的5%-45%。該研究表明，紫外/過硫酸鹽氧化法是一種經(jīng)濟(jì)高效的有機(jī)膦酸鹽類污染物去除技術(shù)，可用于類似廢水的深度處理與回用，在當(dāng)前水生態(tài)環(huán)境保護(hù)與水資源回用中發(fā)揮重要作用。

該研究得到中科院創(chuàng)新青年促進(jìn)會、中科院公派出國留學(xué)計劃、湖北省晨光計劃以及美國自然科學(xué)基金資助。研究成果以Degradation of Nitrilotris-Methylenephosphonic Acid (NTMP) Antiscalant via Persulfate Photolysis: Implications on Desalination Concentrate Treatment 為題于5月1日發(fā)表在水資源水環(huán)境領(lǐng)域期刊Water Research上。

圖1紫外光/過硫酸鹽降解NTMP機(jī)理模型

圖2 pH對NTMP降解影響實測值與模型計算值

圖3 (a)紫外-過硫酸降解體系中磷酸鹽生成速率與總有機(jī)碳降解速率的關(guān)系；(b)NTMP降解路徑

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