臭氧-紫外-超声协同降解安赛蜜论文_陈浩南

摘要:采用臭氧、紫外光和超声波协同降解水环境中的人工甜味剂——安赛蜜(Acesulfame,ACE),臭氧、紫外光和超声波对ACE的降解表现出了协同作用,并且降解过程符合一级降解动力学。

关键词:安赛蜜 降解 臭氧 紫外 超声

1.前言

人工甜味剂(Artificial sweeteners,ASs)是一类由人工合成的蔗糖替代物,其甜度是蔗糖的几十到上万倍,被广泛应用于食品、药品和个人护理品及饲料添加剂等领域[1]。安赛蜜(Acesulfame,ACE)是一种常见的ASs。由于ASs几乎不被人体代谢,因此,过去一般认为使用规定范围内的ASs不会对人体造成危害,因此忽视了ASs的安全问题。然而,最近的研究表明,过量ASs的使用和积累会产生一定毒性,进而影响人体健康和生态系统安全。

Soh等[2]发现UV对ACE的去除效果不理想,UV照射5 h,ACE的去除率仅有35%。Marco等[3]采用臭氧氧化ACE,结果发现,臭氧可以氧化ACE,当臭氧浓度为5 mg/L,ACE在10 min内可被完全去除。本文拟研究ACE在臭氧-紫外光-超声波协同作用体系中的降解反应动力学,分析臭氧-紫外光-超声波协同体系降解ACE的可行性。

2.实验方法

降解反应在自制圆柱形玻璃反应器中进行。反应器置于超声波清洁器内,同时,采用臭氧发生器(3S-A3,北京同林高科科技有限责任公司)制备臭氧通入反应器。反应器内置11 W低压汞灯(波长254 nm)。将50 mL含有100μmol/L ACE的溶液转移反应器中,通入臭氧2min,开启紫外灯,开始计时。在0,5,10,20,30,40min取出1mL样品,用Agilent 1200型高效液相色谱仪(配有紫外检测器)分析其中ACE的浓度。色谱柱为Symmetry-C18 色谱柱(4.6×150 mm, 5 μm),采用外标法定量。流动相为甲醇和0.02mol/L乙酸铵(v:v=18:82),流速为0.5 mL min-1,检测波长为230 nm,进样量为10 μL。

3.结果与讨论

UV、超声、臭氧体系单独及共同降解ACE的结果如图1所示。所用ACE初始浓度为100μmol/L。由图1可知,UV体系可以降解ACE,但是降解较慢,反应进行到50min时,降解率仍不到80%。然而,在UV+超声体系中,ACE的降解在反应中期减慢,最后又加快;在UV+臭氧体系中,ACE的降解显著加快了,光照40min,ACE基本达到100%降解;UV+超声+臭氧体系中,ACE的降解与UV+臭氧体系类似。

图1 紫外、超声及臭氧对ACE的降解

将ACE在不同体系中的降解过程进行一级动力学方程拟合,结果如表1所示。由表1可知,ACE在四个体系中的降解均符合一级反应动力学方程。ACE的降解速率从大到小为:UV+超声+臭氧>UV+臭氧>UV>UV+超声。

4 结论

UV体系可以降解ACE,UV+超声+臭氧体系加快了ACE的降解,反应速率提升了4.6倍。反应40min,即可完全去除100μmol/L的ACE。这说明该体系用于含ACE水的处理很有前景。

致谢

感谢吉林省大学生创新创业训练项目对本论文的资助(项目号20191019X018)。

参考文献:

[1] 冯碧婷, 干志伟, 胡宏伟, 等. 人工甜味剂环境行为研究进展[J]. 环境化学, 2013, (7): 1158-1167

[2]Marco, S., F.R. Storck, B. Heinz-J, et al., Performance of conventional multi-barrier drinking water treatment plants for the removal of four artificial sweeteners. Water Research, 2010, 44(12): 3573-3584

[3]Soh L, Connors K A, Brooks B W, et al. Fate of sucralose through environmental and water treatment processes and impact on plant indicator species[J]. Environmental Science & Technology, 2011, 45(4): 1363-1369

论文作者:陈浩南

论文发表刊物:《科学与技术》2019年18期

论文发表时间:2020/4/28

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