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超純水設備、UV-Vis分光光度計、高效液相色譜、臭氧發生器、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、細管流光反應系統和冷卻裝置組成，如圖1所示。臭氧膜接觸器由內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，穩定性強且易于加工[14]。臭氧發生器產生的臭氧，經臭氧分析儀在線監測氣相質量濃度后，進入臭氧膜接觸器的膜管內腔，與反應溶液進行膜接觸傳質后排入臭氧尾氣破壞器。反應溶液從臭氧膜接觸器的膜管與石英管中間流過，膜管內臭氧分子跨過膜微孔進入膜管外溶液邊界層，最終進入溶液主體，期間不產生肉眼可見的臭氧氣泡[15-16]。通過改變臭氧發生器功率調節氣相臭氧質量濃度。反應溶液從臭氧膜接觸器流出后通過連接管進入后續細管流光反應系統，在連接管不同位置取樣可獲得不同的臭氧接觸時間。細管流光反應系統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]。反應溶液流經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節UV劑量。冷卻水(25℃)從雙層石英管壁間自下而上流過，保持系統恒溫，從而保證UV輻照的穩定性。

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量濃度，探究氣相臭氧質量濃度(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系統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量濃度(20、60g·m−3)來獲得不同的液相臭氧質量濃度(1.0、2.0mg·L−1)，用于探討布洛芬在膜接觸臭氧-UV聯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量濃度[18]；采用化學劑量法，以尿苷(0.12mmol·L−1)作為感光劑[11,17],通過循環流運行模式測定細管流光反應系統的UV劑量率(Ep,UV,Einstein·m−2·s−1)；利用HPLC測定布洛芬質量濃度，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℃。

結論

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

2) 膜接觸 O3-UV 聯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 聯用

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

3) 膜接觸 O3-UV 聯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。