膜接触臭氧-UV实验装置流程与方法

材料与试剂

布洛芬、尿苷、靛蓝三磺酸钾、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠和亚硫酸氢钠均为分析纯。所用仪器包括：Milli-Q超纯水设备、UV-Vis分光光度计、高效液相色谱、臭氧发生器、臭氧分析仪、臭氧尾气破坏器(F800)。

膜接触臭氧

UV实验装置膜接触臭氧

UV实验装置主要由臭氧发生器、臭氧分析仪、臭氧膜接触器、臭氧尾气破坏器、细管流光反应系统和冷却装置组成，如图1所示。臭氧膜接触器由内部的聚四氟乙烯中空纤维膜管及外部的石英管组成。聚四氟乙烯膜是耐臭氧的永久疏水性材料，pH耐受范围广泛，稳定性强且易于加工[14]。臭氧发生器产生的臭氧，经臭氧分析仪在线监测气相质量浓度后，进入臭氧膜接触器的膜管内腔，与反应溶液进行膜接触传质后排入臭氧尾气破坏器。反应溶液从臭氧膜接触器的膜管与石英管中间流过，膜管内臭氧分子跨过膜微孔进入膜管外溶液边界层，很终进入溶液主体，期间不产生肉眼可见的臭氧气泡[15-16]。通过改变臭氧发生器功率调节气相臭氧质量浓度。反应溶液从臭氧膜接触器流出后通过连接管进入后续细管流光反应系统，在连接管不同位置取样可获得不同的臭氧接触时间。细管流光反应系统主体由双层石英管壁、中心处的低压汞灯、以及平行于低压汞灯安装的UV管(含钛石英材料)组成[17]。反应溶液流经UV管接受UV辐照，UV管外套有不锈钢遮蔽管，控制遮蔽管位置可调节UV剂量。冷却水(25℃)从双层石英管壁间自下而上流过，保持系统恒温，从而保证UV辐照的稳定性。

实验流程与方法

采用磷酸缓冲溶液，通过在臭氧膜接触器出口溶液中测定液相臭氧质量浓度，探究气相臭氧质量浓度(20、60、100g·m−3)、溶液流量(3～60mL·min−1)、pH(5.5～9.0)、磷酸根等因素对臭氧膜接触器中臭氧溶解的影响。之后，利用化学剂量法测定UV剂量。在搭建的膜接触臭氧-UV实验装置上，通过在不同取样口取样获得不同的臭氧接触时间(0～65s)，通过控制细管流光反应系统遮光管位置获得不同的UV剂量(0～3.3×10–3Einstein·m–2)，并通过控制气相臭氧质量浓度(20、60g·m−3)来获得不同的液相臭氧质量浓度(1.0、2.0mg·L−1)，用于探讨布洛芬在膜接触臭氧-UV联用工艺中的降解效果。

采用靛蓝三磺酸钾法测定液相臭氧质量浓度[18]；采用化学剂量法，以尿苷(0.12mmol·L−1)作为感光剂[11,17],通过循环流运行模式测定细管流光反应系统的UV剂量率(Ep,UV,Einstein·m−2·s−1)；利用HPLC测定布洛芬质量浓度，检测器为UV二极管阵列检测器，色谱柱为SB-C18柱(2.1mm×50mm,1.8μm,Waters公司，美国)，流动相为超纯水(30%)与乙腈(70%)，流速0.8mL·min−1，进样量为100μL，柱温30℃。

结论

1) 通过对 O3 膜接触器进行评估发现，随着气相 O3 质量浓度增加、溶液流量和 pH 的降低，液相 O3 质量浓度升高，而磷酸盐对 O3 溶解没有影响。通过化学感光剂标定细管流光反应系统的Ep,UV=4.56×10−4 Einstein·m−2·s−1。

2) 膜接触 O3-UV 联用降解布洛芬可分为 O3 氧化和 O3/UV 高级氧化 2 个阶段，O3/UV 高级氧化由于 HO·的生成，布洛芬去除效果和 O3 利用率较 O3 氧化阶段明显提升。此外，膜接触 O3-UV 联用

对布洛芬的降解效果随 pH 升高而提升。这表明，OR-MOPs 在产生 HO·更多的碱性条件下更易被降解。

3) 膜接触 O3-UV 联用的主要降解途径包括 O3 氧化阶段的 O3 分子氧化、HO·氧化以及 O3/UV高级氧化阶段的 HO·氧化和直接 UV 光解，HO·氧化的贡献比可达 90% 以上。