卤代污染物
卤代污染物又称卤代有机污染物主要包括全氟或部分氟代化合物( PFCs) 、氯 代 有 机 物 ( COCs) 和 溴 代有 机 物( BOCs) ,常作为原料、溶剂等广泛应用于工农业生产。
基本信息
- 中文名
卤代污染物
- 外文名
halogenated organic pollutants
- 别名
卤代有机污染物
- 简称
HOPs或HOCs
- 降解方法
光化学降解
- 环境行为
吸附-脱附、微生物降解等
定义
卤代有机污染物具有持久性强、难生物降解的特点。虽然有机卤代物常作为原材料、中间体、溶剂等广泛应用于有机合成中,在人类生产和生活中作用显著。然而,许多有机卤代物随意或不可避免地排放到环境中,对臭氧层、生态安全及人类健康造成严重危害。
卤代有机物的大量使用和排放使得水体中卤代物污染日益严重,威胁着生态安全与人体健康。氯酚和全氟辛磺酸类污染物是水体中广泛存在的具有代表性的难降解有机污染物。并且,卤代有机污染物具有环境持久性、难生物降解、生物积累性、高毒性和长距离迁移能力等特点,在土壤和大气等野外环境中也均有分布,如何有效解决卤代污染物已成为环境领域关注的焦点。
处理方法
通常,处理HOPs的方法可归纳为物理法、生物法、化学法以及将若干种方法的耦合。
物理法
物理法分离HOPs效率较高,其中物理吸附或化学吸附及其结合可同时分离多种HOPs,然而,由于吸附容量有限,再生工艺繁琐,而且该过程仅是对HOPs进行相转移,并未降低其毒性。
生物法
生物法降解HOPs虽有一定效果,但周期长、对水质营养配比要求高、不同阶段对溶解氧含量要求较为严格,而且大部分卤代芳烃难以被彻底降解。
化学法
化学法主要包括焚烧法、湿式催化氧化法、负载具有储氢能力贵金属的化学还原法[13]、高级氧化技术( AOPs) [14~16]以及高级还原技术( ARPs) 等。焚烧法在高温下分解HOPs可能会产生二英/呋喃( PCDD/Fs) 而增强有机物毒性。虽然高温高压在均一物相中分解HOPs可有效抑制 PCDD/Fs 的生成,但该技术成本高且设备腐蚀严重。负载型催化剂在常温常压下还原降解HOPs能克服以上缺点,但负载贵金属增加了处置成本。近年来,通过原位生成高活性物种( 如·OH、eaq、O2·等) 而迅速降解HOPs的 AOPs、 ARPs 技术得到较多研究,然而强氧化性·OH 难以在本底有机物浓度较高的废水中选择降解低浓度HOPs,且单一 ARPs 工艺难以彻底矿化HOPs。
耦合法
化学法耦合物理场可强化对 HOPs的降解,但该组合工艺设备复杂、能耗较高。而光化学法( 包括光催化和直接光解) 降解HOPs 以效率高、具有利用太阳光的潜能和无二次污染等优点而备受全球研究者的关注。
光化学机理
卤代有机物的环境行为包括吸附-脱附、微生物降解、光化学转化、生物富集等多种复杂过程。由于它们的难生物降解性,光化学转化成为其在环境介质中的重要迁移转化途径。特别是自20世纪七八十年代以来,对天然水体中吸光物质与太阳光相互作用产生活性物种的研究逐渐兴起。这些活性物种对天然环境中发生的光化学反应、氧化还原反应有重要作用,严重地影响着卤代有机物的光化学转化行为和生态效应。
在卤代有机物中,持久性有机污染物不仅具有高毒性(致癌、致畸、致突变性等),还具有内分泌干扰性,严重危害着人类的健康。
吸附行为
在非均相光催化体系中,介质和 HOPs 先吸附于催化剂表面,作为电子受供体参与光催化反应。通常,H2O 和溶解 O2在催化剂表面浓度远高于 HOPs 浓度,因此在固体表面剩余力场的作用下,H2O 和 O2易吸附于催化剂表面并显著影响 HOPs 的吸附以及后续光催化降解过程。吸附于催化剂表面缺陷或氧空位的 H2O 以分子态或解离态存在,捕获迁移至催化剂表面的 hVB( + 2. 53 V vs SHE) ,并生成另一种强氧化剂·OH( + 2. 80 V vs NHE) ,或占据表面吸附位点阻碍 HOPs 的吸附,或作为溶剂通过氢键稳定表面物种。