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膜接觸臭氧-UV實驗裝置流程與方法

材料與試劑

布洛芬、尿苷、靛藍三磺酸鉀、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉和亞硫酸氫鈉均為分析純。所用儀器包括：Milli-Q超純水設(shè)備、UV-Vis分光光度計、高效液相色譜、臭氧發(fā)生器、臭氧分析儀、臭氧尾氣破壞器(F800)。

膜接觸臭氧

UV實驗裝置膜接觸臭氧

UV實驗裝置主要由臭氧發(fā)生器、臭氧分析儀、臭氧膜接觸器、臭氧尾氣破壞器、細管流光反應(yīng)系統(tǒng)和冷卻裝置組成，如圖1所示。臭氧膜接觸器由內(nèi)部的聚四氟乙烯中空纖維膜管及外部的石英管組成。聚四氟乙烯膜是耐臭氧的永久疏水性材料，pH耐受范圍廣泛，穩(wěn)定性強且易于加工[14]。臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧，經(jīng)臭氧分析儀在線監(jiān)測氣相質(zhì)量濃度后，進入臭氧膜接觸器的膜管內(nèi)腔，與反應(yīng)溶液進行膜接觸傳質(zhì)后排入臭氧尾氣破壞器。反應(yīng)溶液從臭氧膜接觸器的膜管與石英管中間流過，膜管內(nèi)臭氧分子跨過膜微孔進入膜管外溶液邊界層，很終進入溶液主體，期間不產(chǎn)生肉眼可見的臭氧氣泡[15-16]。通過改變臭氧發(fā)生器功率調(diào)節(jié)氣相臭氧質(zhì)量濃度。反應(yīng)溶液從臭氧膜接觸器流出后通過連接管進入后續(xù)細管流光反應(yīng)系統(tǒng)，在連接管不同位置取樣可獲得不同的臭氧接觸時間。細管流光反應(yīng)系統(tǒng)主體由雙層石英管壁、中心處的低壓汞燈、以及平行于低壓汞燈安裝的UV管(含鈦石英材料)組成[17]。反應(yīng)溶液流經(jīng)UV管接受UV輻照，UV管外套有不銹鋼遮蔽管，控制遮蔽管位置可調(diào)節(jié)UV劑量。冷卻水(25℃)從雙層石英管壁間自下而上流過，保持系統(tǒng)恒溫，從而保證UV輻照的穩(wěn)定性。

實驗流程與方法

采用磷酸緩沖溶液，通過在臭氧膜接觸器出口溶液中測定液相臭氧質(zhì)量濃度，探究氣相臭氧質(zhì)量濃度(20、60、100g·m−3)、溶液流量(3～60mL·min−1)、pH(5.5～9.0)、磷酸根等因素對臭氧膜接觸器中臭氧溶解的影響。之后，利用化學(xué)劑量法測定UV劑量。在搭建的膜接觸臭氧-UV實驗裝置上，通過在不同取樣口取樣獲得不同的臭氧接觸時間(0～65s)，通過控制細管流光反應(yīng)系統(tǒng)遮光管位置獲得不同的UV劑量(0～3.3×10–3Einstein·m–2)，并通過控制氣相臭氧質(zhì)量濃度(20、60g·m−3)來獲得不同的液相臭氧質(zhì)量濃度(1.0、2.0mg·L−1)，用于探討布洛芬在膜接觸臭氧-UV聯(lián)用工藝中的降解效果。

采用靛藍三磺酸鉀法測定液相臭氧質(zhì)量濃度[18]；采用化學(xué)劑量法，以尿苷(0.12mmol·L−1)作為感光劑[11,17],通過循環(huán)流運行模式測定細管流光反應(yīng)系統(tǒng)的UV劑量率(Ep,UV,Einstein·m−2·s−1)；利用HPLC測定布洛芬質(zhì)量濃度，檢測器為UV二極管陣列檢測器，色譜柱為SB-C18柱(2.1mm×50mm,1.8μm,Waters公司，美國)，流動相為超純水(30%)與乙腈(70%)，流速0.8mL·min−1，進樣量為100μL，柱溫30℃。

結(jié)論

1) 通過對 O3 膜接觸器進行評估發(fā)現(xiàn)，隨著氣相 O3 質(zhì)量濃度增加、溶液流量和 pH 的降低，液相 O3 質(zhì)量濃度升高，而磷酸鹽對 O3 溶解沒有影響。通過化學(xué)感光劑標定細管流光反應(yīng)系統(tǒng)的Ep,UV=4.56×10−4 Einstein·m−2·s−1。

2) 膜接觸 O3-UV 聯(lián)用降解布洛芬可分為 O3 氧化和 O3/UV 高級氧化 2 個階段，O3/UV 高級氧化由于 HO·的生成，布洛芬去除效果和 O3 利用率較 O3 氧化階段明顯提升。此外，膜接觸 O3-UV 聯(lián)用

對布洛芬的降解效果隨 pH 升高而提升。這表明，OR-MOPs 在產(chǎn)生 HO·更多的堿性條件下更易被降解。

3) 膜接觸 O3-UV 聯(lián)用的主要降解途徑包括 O3 氧化階段的 O3 分子氧化、HO·氧化以及 O3/UV高級氧化階段的 HO·氧化和直接 UV 光解，HO·氧化的貢獻比可達 90% 以上。