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模拟太阳光作用下冰相中γ-HCH的光化学反应

何冲  
【摘要】:由于有机氯农药在农业、非农业区域的大量使用,其残留物已经在两极地区出现,对寒带生态系统和温带生态系统冬季的冰雪环境的污染现象更是十分普遍。因此,人们对于有机污染物在冰雪介质上的迁移转化过程也越来越重视。然而冰雪介质的低温环境导致有机污染物的常规化学反应以及微生物降解作用都相对较弱,受温度影响较小的光化学作用自然成为了冰雪介质中有机污染物转化的主要途径。另外,已经有大量研究证明硝酸盐、亚硝酸盐、过氧化氢所引发的光转化反应在有机污染物降解方面起到了非常重要的作用。 因此,基于以上几点考虑,本文选择以γ-HCH(典型有机氯农药)为目标污染物,分别研究了其在冰雪介质中模拟太阳光作用下的光转化动力学与机理。具体内容如下。 以80w高压汞灯为光源,以玻璃管(滤掉λ280nm的光)为反应容器,在低温(-15℃)下研究了模拟太阳光下冰相中γ-HCH体系(Ⅰ)、γ-HCH+NO_2~-体系(Ⅱ)、γ-HCH+NO_3~-体系(Ⅲ)、γ-HCH+H_2O_2体系(Ⅳ)四个体系中γ-HCH的光转化反应。考查了各种影响因素对冰相中γ-HCH光转化的影响,建立其光转化动力学模型。利用GC-MS对产物进行了分析,探讨了冰相中γ-HCH光转化机理。 结果表明:与γ-HCH体系相比,NO_2~-、NO_2~-3和H_2O_2的引入均能提高模拟太阳光下冰相中γ-HCH的光转化率,且随着NO_2~-、NO_3~-和H_2O_2浓度的增加,促进作用增强。四个体系中γ-HCH的光转化过程均符合一级动力学反应模型。在γ-HCH浓度与反应条件一致的情况下,当NO_2~-、NO_3~-和H_2O_2浓度都为5mmol/L时,k--ⅡkⅢkⅣ≈kⅠ;当NO_2~-、NO_3~-和H_2O_2浓度都为10mmol/L时,kⅡkⅢ≈kⅣkⅠ。当向四个体系中引入无机阴阳离子、改变pH值、添加羟基捕获剂时,对冰相中γ-HCH的光转化有一定的影响。四个体系在模拟太阳光作用下发生光转化的产物都不尽相同。由此可见,NO_2~-、NO_3~-和H_2O_2的引入能够改变冰相中γ-HCH的光转化产物和机理,体系(Ⅱ)、(Ⅲ)和(Ⅳ)中确有间接光转化发生。 另外,本文进行了不同体系冰相中γ-HCH在室外条件下的光转化的实验。发现在光照23天后,γ-HCH体系中γ-HCH降解了10%,而γ-HCH+NO_2~-体系中γ-HCH光转化率则达到了65%,γ-HCH+NO_3~-、γ-HCH+H_2O_2体系也达到了将近20%。这从一定层面验证了本实验论文开展的实际环境意义。


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