有机化学在降解二恶英中的应用.doc

关于二恶英的探究 1 调查背景 二恶英（Dioxin)，持久性有机污染物的一种。自然界的微生物和水解作用对二恶英的分子结构影响较小，环境中的二恶英很难自然降解消除。它包括210种化合物。它的毒性十分大，是砒霜的900倍，有“世纪之毒”之称，具有生殖毒性和遗传毒性，直接危害子孙后代的健康和生活。因此二恶英污染是关系到人类存亡的重大问题，必须严格加以控制。国际癌症研究中心已将其列为人类一级致癌物。 2 二恶英 2.1二恶英的结构及其理化性质[1] 二恶英是多氯二苯并-对-二二噁英（polychlornateddibenzo dioxin，PCDDs） 和多氯二苯并呋喃（poly－chlornated dibenzo furan，PCDFs）两类近似平面状芳香族杂环化合物的统称。二恶英的分子结构如图 1 所示。PCDDs/ PCDFs 因分子中苯环上的氯原子取代数目不同而各有 8 类同系物，每类同系物又随着氯原子取代位置的不同而存在众多的同类异构体，总共有210 种同类异构体，其中 PCDDs 有 75 种，PCDFs 有135 种。 二恶英是非常稳定的亲脂性固体化合物,熔点较高,分解温度大于700e,极难溶于水,可溶于大部分有机溶剂,容易在生物体内积累。其蒸气压极低,因而除了气溶胶颗粒吸附外在大气中分布较少,而在地面可以持续存在。 2.2二恶英的来源[2] 二噁英的来源广泛，由人类活动产生的占90%以上,但工业生产从未有意合成此类物质。 含氯化学品及农药生产过程中的副产物;造纸工业纸浆次氯酸漂白过程;城市固体废弃物、污泥、医疗废弃物和有毒化学品等的燃烧副产物;金属冶炼、粉末冶金、铸造过程产生;汽油柴油燃烧,汽车尾气;五氯酚光照分解;燃放烟火及化工厂意外事故等是二噁英类物质的主要人为来源。森林火灾则是最重要的天然来源。 2.3二恶英的危害 二噁英类物质的环境毒性非常大,国际癌症研究署在1997年2月14日的报告中将2 ,3 ,7 ,8-TCDD列为一级致癌物,美国环境保护署1994年9月的报告中指出,它是迄今为止所发现的毒性最强的物质,其毒性相当于氰化钾的1 000倍。 二恶英的毒性与所含氯原子的数量及氯原子在苯环上取代位置有很大关系。毒性最强的是2, 3,7, 8 -TeCDD。 3 二恶英的降解[3] 自然界的微生物降解、水解和光解作用对二恶英的分子结构影响较小,难以自然降解,在自然沉积物中二恶英的半衰期估计大于100年。鉴于二恶英具有极大的危害性，研究二恶英的人工分解成为当前热点。 二恶英的降解过程既有C-Cl键断裂(也就是脱氯过程),也有C-O键断裂(开环过程),其处理技术有焚烧法、化学法、光降解、超临界液体法、微生物法、电反应器、矿物表面吸附等离子弧装置等。 3.1二恶英的降解方法及各方法的优势与不足 3.1.1 光降解。 二恶英能够吸收紫外光或从激发态分子接受能量而使分子处于激发态,从而引起光解反应还原脱氯是光降解的主要反应过程。 二恶英主要是在紫外光下发生光降解,且降解反应不彻底二恶英光降解产物复杂,一般都是由高氯代反应物转化为低氯代产物,而不能将二恶英完全脱氯。在二恶英不完全降解的情况下,若有2,3,7,8-位氯取代的光降解产物的生成,将会使二恶英的毒性变得更强,排放到环境中势必会造成二次污染。另外二恶英的光降解主要以紫外光作为光源,这进一步限制了光化学反应在二恶英的光降解中的应用。 因此,光降解还不能彻底解决二恶英的降解脱氯和消除毒性的问题。 3.1.2生物降解。 二恶英的生物降解是指在微生物的作用下,二恶英可以被分解为CO2和H2O从而实现降解，是二恶英稳定化、无害化处理的一种方法。主要包括以下降解机理:氧化作用、脱氯作用、开环作用和酶催化降解机理。 二恶英的微生物降解,环境污染小,消耗低,能使资源再生,具有良好的应用前景。然而,目前二恶英的微生物降解还存在许多问题,与其它取代的二恶英相比,在2,3,7,8-位氯取代的二恶英在微生物体内有着更高的稳定性,是难以降解的,这样就容易造成更多2,3,7,8-位氯取代的二恶英在食物链中累积,造成二次污染。另外,具有降解活性的微生物的选择培养的问题、微生物对二恶英的降解程度低、降解速率慢的问题、高氯代的二恶英造成微生物变异的问题,都限制了微生物在二恶英降解中的研究与应用。 3.1.3热降解。 二恶英的热降解就是在加热和焚烧的条件下使二恶英分子被彻底毁坏,最终转化为CO2、H2O和HCl,从而消除毒性。 高温热降解降解彻底,但需要大型设备和苛刻的降解条件,且在降解过程中易造成二次污染。 3.1.4化学降解法。 化学处理法降解速率非常快,二恶英的降解率和毒性去除率都非常高,二恶英经处理后,降