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利用大型溞评估离子液体[C8mim]Cl生物毒性初探

李珊珊, 李萍萍, 陈彪, 薛春叶, 董京伟, 李斌, 邓祥元. 利用大型溞评估离子液体[C8mim]Cl生物毒性初探[J]. 环境化学, 2020, (11): 3024-3029. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2019081602
引用本文: 李珊珊, 李萍萍, 陈彪, 薛春叶, 董京伟, 李斌, 邓祥元. 利用大型溞评估离子液体[C8mim]Cl生物毒性初探[J]. 环境化学, 2020, (11): 3024-3029. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2019081602
LI Shanshan, LI Pingping, CHEN Biao, XUE Chunye, DONG Jingwei, LI Bin, DENG Xiangyuan. Preliminary study on the biotoxicity evaluation of[C8mim]Cl by using Daphnia magna[J]. Environmental Chemistry, 2020, (11): 3024-3029. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2019081602
Citation: LI Shanshan, LI Pingping, CHEN Biao, XUE Chunye, DONG Jingwei, LI Bin, DENG Xiangyuan. Preliminary study on the biotoxicity evaluation of[C8mim]Cl by using Daphnia magna[J]. Environmental Chemistry, 2020, (11): 3024-3029. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2019081602

利用大型溞评估离子液体[C8mim]Cl生物毒性初探

    通讯作者: 邓祥元, E-mail: dengxy2016@foxmail.com
  • 基金项目:

    江苏省第十五批"六大人才高峰"高层次人才选拔培养项目(SWYY-025)和镇江市重点研发计划项目(SH2019004)资助.

Preliminary study on the biotoxicity evaluation of[C8mim]Cl by using Daphnia magna

    Corresponding author: DENG Xiangyuan, dengxy2016@foxmail.com
  • Fund Project: Supported by the Six Talent Peaks Project in Jiangsu Province (SWYY-025) and Key Research & Development Project of Zhenjiang (SH2019004).
  • 摘要: 为评估1-辛基-3-甲基咪唑氯盐([C8mim]Cl)的生物毒性,本研究以大型溞(Daphnia magna)为实验对象,通过急性毒性实验分析了不同日龄大型溞对[C8mim]Cl的敏感性,并以存活率、产溞能力和蜕皮次数为指标研究了[C8mim]Cl对大型溞的慢性毒性效应,这将为评估离子液体的毒性效应提供科学依据.结果表明,[C8mim]Cl对1、2、4日龄大型溞的48 h半致死浓度(LC50)分别为208.9、182.7、178.6 μg·L-1,表明随着大型溞日龄的增加,[C8mim]Cl对大型溞的毒性效应逐渐增大并趋于稳定.此外,[C8mim]Cl对大型溞生活史中的初次产溞时间、总产溞数目、总产溞次数和蜕皮次数等影响不显著,但显著影响大型溞的存活率和初次产溞个数,因此,大型溞的存活率和初次产溞个数是评估[C8mim]Cl对大型溞慢性毒性效应的两个较为敏感的指标.
  • 使用NH3的选择性催化还原 (NH3-SCR) 已被广泛用于去除固定污染源烟气中的氮氧化物[1]。基于VO5-WO3/TiO2的商用SCR催化剂最常被用于NH3-SCR系统。然而,由于安装空间有限,高工作温度 (>300 ℃) 限制了这种催化剂在工业窑炉系统中的使用。因此,低温SCR催化剂已被广泛研究。在这类催化剂中,氧化铈具有高储氧能力 (oxygen storage capacity) ,且Ce4+与Ce3+之间能实现可逆转换[2],因此是一种重要的脱硝催化剂活性组分。近年来,已有多种低温NH3-SCR的氧化铈基催化剂被开发,包括CeO2/TiO2[3]、CeO2/Al2O3[4-5]、CeO2-MnO2 [6-7]。这些催化剂均可在中低温 (<300 ℃) 下表现出较高的脱硝活性和N2选择性。

    烟气中SO2组分的存在会在短时间内对低温脱硝活性造成不可逆转的毒害作用,使其失活。许多研究者对SO2对Ce/TiO2催化剂在中低温下的中毒机理进行了深入研究。ZHANG等[8]发现CeO2的硫酸化减少了Ce-O-Ti活性位数量,进一步导致催化剂在300 ℃下活性降低;XU等[9]使用DRIFT、SO2-TPD等表征技术对Ce/TiO2在300 ℃下的中毒机理进行研究,发现前12 h内活性下降是由于硫酸铵盐的沉积导致,后36 h是由于Ce(SO4)2和Ce2(SO4)3的生成;DONG等[10]在250 ℃下对V/Sb/TiO2和V/Ce/Sb/TiO2催化剂进行了的抗硫中毒研究,发现Ce2(SO4)3的生成减少了表面硫酸铵盐的沉积,故其抗硫性能得以提升;XU等[11]发现在200 ℃下CeO2-WO3/TiO2催化剂的失活是由于硫酸铵盐和硫酸铈的沉积共同导致。因此,硫酸铵盐和硫酸铈的沉积是铈基催化剂在含硫SCR气氛下失活的主要原因。少量研究者对不同温度下的SO2中毒进行了研究,HUANG等[12]研究了在SO2和H2O共同存在的气氛下,不同反应温度下Mn-Fe/MPS催化剂的失活情况,发现在170 ℃时脱硝活性比190 ℃时下降得更快,但详细的机制还未被揭示。MA等[13]研究了Fe-Cu /CNTs-TiO2催化剂在不同温度下的失活情况,发现在150、200和250 ℃下不同的活性演变可归结为(NH4)2SO4的沉积,并降低了NH3的吸附、NO的吸附和氧化能力。 XU等[14]也在300和350 ℃下进行了SO2气氛下的NH3-SCR实验,结果表明较低的反应温度增强了SO2对脱硝活性的负面影响,但是其机理并未被进一步揭示。

    为探究Ce-TiO2催化剂在不同温度下的不同中毒机制和反应机理,采用溶胶-凝胶法制备了Ce-TiO2 (Ce/Ti摩尔比为0.25) ,并在SO2存在的气氛下对催化剂进行不同温度 (180 ℃、240 ℃) 下的抗硫中毒测试,结合不同时间下的中毒活性演变、硫组分定量测试及一系列的表征测试,得出催化剂在不同温度下的不同中毒机制以及反应机理,以期为了解SO2中毒效应与反应温度之间的内在联系,以及Ce-TiO2催化剂在SO2气氛下的失活机理及其活性改善提供参考。

    采用溶胶凝胶法制备Ce-TiO2及Ce-Co-TiO2催化剂,具体流程如下:取适量硝酸铈、硝酸钴、无水乙醇、硝酸、去离子水倒入烧杯,配置成A液并充分搅拌;取适量钛酸四丁酯、无水乙醇、冰醋酸倒入烧杯,配置成B液并充分搅拌,随后将A液缓缓滴入B液并持续搅拌,滴定完成后继续搅拌3 h;随后室温静置12 h后形成透明凝胶,之后置于80 ℃的烘箱中干燥24 h直至形成固体粉末;最后置于450 ℃的马弗炉煅烧6 h,研磨至40~80目,装样密封保存。

    催化剂的活性评价与抗SO2中毒实验都在内径为18 mm的固定床反应管内进行。反应温度为150~330 ℃,称取0.2 g催化剂粉末并置于反应管内床层上方。本实验模拟烟气组成为:1 340 mg∙L−1 NO、760 mg∙L−1 NH3、570 mg∙L−1 SO2 (抗硫测试) 、5% O2、N2作为平衡气、气体总流量为700 mL∙min−1 ,空速为42 000 h−1,各路气体首先经过预混器并进行充分混合,然后进入反应管内进行反应。经过反应后的NOx、N2O通过Testo350烟气分析仪、BedfontG200分析仪进行测试,催化剂的脱硝活性、N2O选择性由公式 (1) 和 (2) 计算。

    η=[NOx]out[NOx]in×100% (1)
    S=2[N2O]out[NH3]in[NH3]out+[NOx]in[NOx]out×100% (2)

    式中:η表示脱硝活性,S表示N2O选择性。[NOx]out和[NOx]in分别代表反应器出口、入口测得的NOx质量浓度,[N2O]out代表反应器出口所测得的N2O质量浓度,[NH3]in和[NH3]out分别代表入口、出口的NH3质量浓度。Fresh-Ce-TiO2表示新鲜未中毒的Ce-TiO2催化剂;P-180-Ce-TiO2表示在180 ℃下SO2氛围中进行 NH3-SCR反应2 h后的V/TiO2催化剂;P-240-Ce-TiO2表示在240 ℃下SO2氛围中进行NH3-SCR反应8 h后的Ce-TiO2催化剂。

    BET测试使用JW-BK112仪器在-196 ℃的整个相对压力范围内获得N2的吸附-解吸等温线,并通过BET方程和BJH方程从吸附/解吸等温线计算出比面积、孔体积和平均孔径。NH3-TPD测试使用彼奥德化学吸附分析仪:在常温下通入1%NH3/N2吸附1 h,再进行1 h的He吹扫,最后在He流中以10 ℃·min−1的升温速率将温度提高到900 ℃,利用热导检测器监测从催化剂上解吸的NH3。H2-TPR分析仍使用彼奥德化学吸附分析仪进行:通入10%H2/Ar气流并以10 ℃·min−1升温速率升至900 ℃,通过检测器检测H2消耗量。XPS测试使用ESCALAB Mark II光谱仪,用Al KR辐射(1486.6 eV)观察表面成分的含量和化学状态,使用被污染的碳 (BE=284.6 eV) 对结合能进行了校正。XRD测试使用Philips X pert Pro衍射仪,扫描速度为5(°)·min−1;TG-DTG测试使用Netzsch热分析仪STA449C,50 mL·min−1氮气氛围下,升温速率为10 ℃·min−1。ICP测试采用 NexION1000G仪器进行测试:首先称取50 mg中毒后样品置于200 mL离心管中,加入一定量去离子水,经过1 h超声、过滤、定容后进行ICP测试。原位漫反射红外傅里叶变换光谱 (in-situ DRIFTS) 测试是在NicoletNexus 5700 FTIR光谱仪上进行的,该光谱仪配备了1个Harrick IR池和1个MCT检测器。

    图1为Ce-TiO2催化剂及不同含量的Co掺杂改性后催化剂的活性和抗硫性。Ce-TiO2催化剂在150 ℃下脱硝活性仅30.8%,随着反应温度升高至210 ℃,脱硝活性上升至100%,进一步升高至330 ℃,脱硝活性反而下降至89.7%。这可能是由于高温下NH3发生了过度氧化,进一步产生NO,降低了脱硝反应活性[15]。当Co掺杂比例为Co/Ti为0.1时,150 ℃下脱硝活性升高至75%,低温活性大大增加。随着温度升高至300 ℃,脱硝活性下降至79.4%。分析在不同反应温度下,SO2对Ce-TiO2和Ce-Co-0.1-TiO2催化剂的活性和N2O选择性影响:在180 ℃下,未通入SO2时,Ce-TiO2催化剂的脱硝效率达到50.7%,N2O选择性为2.5%,通入1 h质量浓度为570 mg∙L−1的SO2后,NO转化率下降至18.4%,并在接下来的1 h内缓慢降低至12.5%,N2O选择性缓慢降低至0.2%,且切断SO2后活性无明显变化。在Co掺杂后,1 h内活性下降至44.1%,并在接下来的1 h内降至24.8%,N2O选择性缓慢降至1.4%。在240 ℃下,SO2通入8 h后,Ce-TiO2催化剂活性缓慢降至30.9%,N2O选择性从8.1%降至2.0%,Co掺杂后催化剂活性下降至44.2%,N2O选择性从13.4%降低至4.9%,SO2切断后脱硝活性无明显变化。以上结果表明,SO2与NO的在催化剂表面的竞争吸附不是活性降低的主要原因,催化剂物化特性的改变导致了催化剂活性的永久丧失。同时,对比不同温度下的活性变化发现,反应温度越低,催化剂活性下降越迅速。这表明SO2对催化剂脱硝活性的中毒作用与反应温度有着密切联系。为更深入地研究反应温度与SO2中毒之间的关系,对不同温度中毒后的催化剂进行表征。

    图 1  Ce-(Co)-TiO2催化剂的NO转化率及抗硫性能
    Figure 1.  NO conversion and sulfur resistance of Ce-(Co)-TiO2 catalyst

    1) XRD和BET分析。XRD和BET结果见图2。新鲜Ce-TiO2催化剂含有锐钛型TiO2、CeO2晶相,经过180 ℃和240 ℃中毒后催化剂的晶相并未发生变化,无新的含硫晶相产生。Co改性后催化剂晶相并未发生变化,Co3O4晶相并未发现。这可能是由于Co3O4较为均匀分布在TiO2载体上,无法被X射线检测到,且中毒后催化剂晶相无明显变化。新鲜Ce-TiO2催化剂的最可几孔径为9.6 nm,中毒后孔径分布无明显变化;Co掺杂后催化剂的最可几孔径为11.4 nm,且中毒后无明显变化。表1为催化剂的结构参数。Co掺杂后催化剂比表面积从120.9 m2·g−1降至98.7 m2·g−1,且中毒后催化剂比表面积下降,孔容也下降。以上结果表明,Ce-TiO2及Co改性后催化剂中毒后部分介孔被堵塞,硫酸铵盐的沉积或硫酸铈的生成均有可能导致这一现象。

    图 2  新鲜以及不同温度中毒后Ce-(Co)-TiO2催化剂的XRD谱图与孔径分布
    Figure 2.  XRD patterns and pore size distribution of fresh Ce-(Co)-TiO2 catalysts and Ce-(Co)-TiO2 catalysts poisoned under different temperatures
    表 1  新鲜以及中毒后Ce-TiO2及Ce-Co-TiO2催化剂的结构参数
    Table 1.  Structural parameters of fresh and poisoned Ce-TiO2 and Ce-Co-TiO2 catalysts
    样品名称Sbet/(m2·g−1)Vt/(cm3·g−1)
    Fresh Ce-TiO2120.90.24
    P-180-Ce-TiO2109.40.20
    P-240-Ce-TiO295.10.18
    Fresh Ce-Co-TiO298.70.22
    P-180-Ce-Co-TiO291.60.20
    P-240-Ce-Co-TiO290.10.20
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    2) TG-DTG分析。为进一步获得不同温度下SO2中毒后催化剂上硫酸铵盐、硫酸铈的定量信息,不同温度中毒后催化剂进行了TG-DTG分析,结果如图3所示。中毒后催化剂出现了3个明显的失重峰,分别始于350 ℃、490 ℃和695 ℃。纯(NH4)2SO4在280 ℃开始分解为NH4HSO4,而纯NH4HSO4在380 ℃开始分解[16]图3中第1个失重可归结为沉积的(NH4)2SO4的分解,第2个失重峰可以归结为NH4HSO4的分解,第3个失重峰可归结为硫酸铈、硫酸钴的分解。此外,在180 ℃下Ce-TiO2催化剂沉积的硫酸铵盐失重率为1.59%,随着反应温度上升至240 ℃,硫酸铵盐失重率降低至1.1%。该结果表明,铵盐的生成随着反应温度的增加而降低。随着Co的掺杂,催化剂沉积铵盐量在从1.59%降至0.83%。该结果表明,Co的掺杂抑制了硫酸铵盐的沉积。催化剂表面沉积的铵盐在升温过程中能释放SO2,并进一步与金属氧化物反应生成硫酸盐[17]。因此,中毒后TG-DTG的高温失重峰无法为硫酸铈含量提供定量信息。

    图 3  Ce-(Co)-TiO2催化剂2h中毒后TG-DTG曲线
    Figure 3.  TG-DTG profiles of the SO2-poisoned Ce-(Co)-TiO2 catalysts for 1h.

    3) ICP分析。为进一步获得Ce-TiO2及Ce-Co-TiO2催化剂在不同温度下SO2中毒后催化剂上硫酸铈的定量信息,对水洗后溶液进行ICP-AES测试,结果如图4所示。在180 ℃下进行抗SO2测试,催化剂表面在最初1 h内迅速生成硫酸铈,ICP测试其Ce离子含量为0.1 mmol·g−1,经过Co掺杂后,1 h中毒后催化剂Ce离子含量下降至0.04 mmol·g−1。在240 ℃下,Ce离子含量明显增加,2 h后中毒后Ce离子含量为0.18 mmol·g−1,经过Co掺杂后,Ce离子含量下降至0.11 mmol·g−1。以上结果表明,随反应温度升高,Ce-TiO2催化剂生成的硫酸铈含量增加,Co掺杂后硫酸铈的生成被抑制。活性演变曲线表明,在180 ℃下催化剂活性迅速下降,在240 ℃下催化剂活性缓慢下降。不同温度下不同的活性演变可能揭示了不同的中毒机理及反应机理。为进一步探究180 ℃和240 ℃下Ce-TiO2催化剂不同的活性演变机理,对Ce-TiO2催化剂进行了不同时间的预硫化处理,并对预硫化后催化剂进行了ICP-AES测试和活性测试。在180 ℃ (图4 (a) 下,当硫酸铈含量达到0.1 mmol·g−1时,NO转化率对硫酸铈的沉积极其敏感,脱硝活性从50.7%迅速降至20.1%。当硫酸铈含量为0.1、0.13 mmol·g−1时,催化剂脱硝活性分别为18.5%、12.3%。因此,在180 ℃下,TG-DTG结果表明催化剂表面生成了大量的硫酸铵盐,但硫酸铵盐对Ce-TiO2催化剂低温脱硝活性的影响较小;随着1 h后硫酸铈的生成量达到0.1 mmol·g−1,低温脱硝活性快速降低;随后硫酸铈含量仍逐渐增加,低温脱硝活性则缓慢下降并最终保持在11%。随着温度升高至240 ℃,脱硝活性下降较为平缓。这可能是由于中温脱硝活性对硫酸铈的生成不是十分敏感,预硫后活性结果表明随硫酸铈含量的增加,催化剂中温活性逐渐降低,故推测在240 ℃下含硫气氛中活性的下降是由于硫酸铈的不断累积造成的。

    图 4  SO2存在条件下催化剂活性与铈离子含量关系
    Figure 4.  Relationship between catalytic activity and Ce ion concentration in the presence of SO2

    3) XPS分析。XPS图谱可确定催化剂表面元素形态与浓度。为探究不同温度中毒对催化剂元素含量及价态的影响,对中毒前后的Ce/TiO2催化剂进行了XPS测试。图5 (a) 为不同温度中毒前后Ce 3d XPS图谱,Ce 3d XPS图谱可被拟合为8个XPS谱峰,4对Ce 3d5/2/Ce 3d3/2谱峰,从高结合能到低结合能依次标记为u’’’ (916.7 eV) 、u’’ (907.3 eV) 、u’ (903.9 eV) 、u (900.9 eV) 、v’’’ (898.3 eV) 、v’’ (888.6 eV) 、v’ (885.8 eV) 、v (882.2 eV) 。其中,u’和v’峰归属于Ce3+,其余谱峰归属于Ce4+。经过SO2中毒后,v' 和u'所对应的峰相对强度逐渐增加,而v''和 u''所对应的峰相对强度逐渐减少。随着反应温度的升高,这种现象更加明显,该现象表明,随着中毒温度升高,催化剂表面Ce3+含量逐渐升高,这可能是由于表面Ce2(SO4)3的大量生成。图5 (b) 为不同温度中毒后催化剂的S 2p图谱。167.9 eV和169.1 eV的XPS峰分别对应于S 2p3/2和S 2p1/2,这表明S6+出现在中毒后的催化剂表面。进一步对催化剂表面元素组分进行定量分析,结果见表2。随着Co的掺杂,催化剂表面Ce3+含量从25.6%增至29.1%,中毒后表面S含量则分别从3.48%、4.23%降至3.02%、3.48%。该结果表明Co掺杂后催化剂表面的S含量降低,且Ce3+/Ce比例增加量也较小,这说明Co掺杂后表面Ce2(SO4)3的生成量减少。图5 (c) 为中毒前后Co 2p的XPS谱图,根据Co 2p1/2和2p3/2轨道分裂结合能差值15.2 eV及1比2面积比例进行分峰拟合,Co3+/Co比例见表2。新鲜Ce-Co/TiO2催化剂中Co3+/Co比值为48.1%,经过抗硫中毒实验后该比例下降至46.9%和45.8%。这可能是由于部分三价Co被硫酸化生成CoSO4

    图 5  不同温度中毒前后XPS图谱
    Figure 5.  XPS spectra of Ce-TiO2 and Ce-Co-TiO2 before and after SO2 poisoning
    表 2  新鲜及中毒后Ce-(Co)-TiO2表面原子含量及价态比例
    Table 2.  Atomic content and valence state ratio of Ce-(Co)-TiO2 on fresh and poisoned surface
    样品名称S元素含量 比例
    Ce3+/CeCo3+/Co
    Fresh Ce-TiO225.6%
    P-180-Ce-TiO23.48%34.5%
    P-240-Ce-TiO24.23%41.9%
    Fresh Ce-Co-TiO229.1%48.1%
    P-180-Ce-Co-TiO23.02%32.4%46.9%
    P-240-Ce-Co-TiO23.48%34.7%45.8%
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    脱硝活性尤其是低温活性依赖于催化剂的氧化还原性能。H2-TPR测试结果如图6 (a) 所示。Ce-TiO2催化剂只显示一个还原峰,始于270 ℃且还原峰中心在455 ℃,该峰归属于CeO2的还原[18]。在Co掺杂后,2个还原峰开始出现,分别位于356 ℃和537 ℃。该结果表明Co掺杂后促进了催化剂的氧化还原性能,并因此进一步促进了催化剂的低温脱硝活性。NH3的吸附长期以来被认为是脱硝反应的第一步,NH3-TPD测试结果如图6 (b) 所示。Ce-TiO2催化剂具有2个NH3脱附峰,分别位于235 ℃和575 ℃.一般认为200 ℃以下的脱附归属于弱酸位点,300 ℃以上脱附归属于强酸位点[19]。该结果表明Ce-TiO2催化剂表面具有较强的酸性。在Co掺杂后,催化剂的NH3脱附温度和脱附强度均无明显变化,说明酸性未发生明显改变。为进一步探究SO2在Co改性前后的Ce-TiO2催化剂的吸附情况,SO2-TPD测试结果如图6 (c) 所示。Ce-TiO2催化剂具有2个SO2脱附峰,分别位于200 ℃和585 ℃。在Co掺杂后,SO2脱附温度未发生改变,但峰强度明显降低。该结果表明Co掺杂后催化剂对SO2的吸附能力明显降低。图6 (d) 为Co改性前后催化剂的O1s图谱。O1s图谱在529.3 eV、531.1 eV左右两处均具有特征峰,分别归属于晶格氧Oβ、吸附氧Oɑ。值得注意的是,吸附氧Oɑ由于其更高的活动性在氧化还原反应中表现出比Oβ更高的活性,从而促进NO氧化为NO2,有利于反应活性的提高。因此,对Oɑ/(Oɑ+Oβ)比值进行计算,结果表明Co掺杂前Oɑ/(Oɑ+Oβ)为0.31,Co掺杂后该比值增加至0.43。文献[20]表明,吸附氧Oɑ可被归结于氧缺陷位或表面羟基基团,结合上述Co掺杂后Ce3+含量的增加,推断Co的掺杂导致了Ce4+向Ce3+的还原,在这一过程中晶格氧的去除导致了缺陷和氧空位的形成。

    图 6  Co掺杂前后Ce-TiO2催化剂物化特性表征
    Figure 6.  Physiochemical properties of Ce-TiO2 catalysts with/without Co doping

    为进一步探究低温下硫酸铈的生成对催化剂反应机理的影响,利用原位红外技术 (in situ DRIFT) 探究催化剂反应机理的变化。首先Ce-TiO2和Ce-Co-TiO2催化剂经过180 ℃下的预硫化处理,然后放置于原位红外反应池中,预吸附NH3直至饱和后通入NO+O2,红外图谱如图7 (a) 和 (b) 所示。其中,1 184 cm−1处的振动峰可归结于吸附在L酸位点上的NH3,1 689 cm−1处的振动峰可归结于吸附在B酸位点上的NH3,1 600 cm−1可归结于NH3的过度氧化导致的硝酸盐中间产物的振动峰[21]图7 (a) 表明,当通入NO+O2 10 min后,在1 305 cm−1处出现了新的吸附峰,这可以归因于吸附后形成的NO3−[22]。随NO+O2通入时间的增加,1 184 cm−1处的振动峰强度未发生变化。该结果表明预硫化后的Ce-TiO2表面吸附的NH3不具反应活性,脱硝反应E-R路径无法进行。图7 (b) 表明,对于预硫后的Ce-Co-TiO2催化剂,随NO+O2通入时间的增加,1 184 cm−1处的振动峰强度明显降低。该结果表明预硫后的Ce-Co-TiO2催化剂表面吸附的NH3具有反应活性,遵循E-R脱硝反应路径。

    图 7  中毒前后Ce-(Co)-TiO2催化剂在180 ℃下预吸附气体后反应的原位红外图谱
    Figure 7.  In-situ infrared spectra of Ce-(Co)-TiO2 catalysts before and after preadsorption of gas at 180 ℃

    为进一步探究2种预硫后催化剂的L-H脱硝反应路径,预吸附NO+O2直至饱和随后通入NH3的红外实验被进行。图7 (c) 表明预硫后Ce-TiO2催化剂吸附NO+O2出现了1 238 cm−1、1 566 cm−1、1 600 cm−1的吸附峰,分别归属于单齿硝酸盐 (O-N-O) [23]、双齿硝酸盐 (-O-N-O-) [24]、吸附态NO2。随着NH3的通入时间增加,表面硝酸盐振动峰强度无明显变化,NH3的吸附峰开始出现。该结果表明吸附态的NH3与亚硝酸盐/硝酸盐在预硫后催化剂表面可以共存,预硫后Ce-TiO2催化剂不遵循L-H脱硝反应路径。如图7 (d) 所示,对于预硫后的Ce-Co-TiO2催化剂,1 331 cm−1和1 620 cm−1处的振动峰可分别归属于单齿硝酸盐 (O-N-O) 和NO2,当通入20 min的NH3进行反应,1 331 cm−1和1 620 cm−1处的振动峰完全消失。这表明预硫后Ce-Co-TiO2催化剂表面上吸附态的硝酸盐能与NH3反应生成NH4NO3,并进一步分解生成N2和H2O[25],预硫后Ce-Co-TiO2催化剂能够遵循L-H路径进行脱硝反应。

    1) 在180 ℃下,由于低温脱硝活性对催化剂氧化还原性能具有较高的要求,较低含量硫酸铈的生成就会导致低温脱硝活性的急剧下降。随着反应温度升高至240 ℃,催化剂表面硫酸铈生成量明显增加,催化活性缓慢下降,中温脱硝活性对硫酸铈的生成敏感性较低,持续的硫酸铈生成导致了催化活性的持续缓慢下降。

    2) Co改性能在一定程度上提升Ce-TiO2催化剂的脱硝活性及中低温抗硫活性。这主要是由于Co掺杂提升了催化剂的氧化还原性能,且抑制了SO2在催化剂表面的吸附,进而维持了催化剂E-R、L-H脱硝反应路径的进行。

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出版历程
  • 收稿日期:  2019-08-16
李珊珊, 李萍萍, 陈彪, 薛春叶, 董京伟, 李斌, 邓祥元. 利用大型溞评估离子液体[C8mim]Cl生物毒性初探[J]. 环境化学, 2020, (11): 3024-3029. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2019081602
引用本文: 李珊珊, 李萍萍, 陈彪, 薛春叶, 董京伟, 李斌, 邓祥元. 利用大型溞评估离子液体[C8mim]Cl生物毒性初探[J]. 环境化学, 2020, (11): 3024-3029. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2019081602
LI Shanshan, LI Pingping, CHEN Biao, XUE Chunye, DONG Jingwei, LI Bin, DENG Xiangyuan. Preliminary study on the biotoxicity evaluation of[C8mim]Cl by using Daphnia magna[J]. Environmental Chemistry, 2020, (11): 3024-3029. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2019081602
Citation: LI Shanshan, LI Pingping, CHEN Biao, XUE Chunye, DONG Jingwei, LI Bin, DENG Xiangyuan. Preliminary study on the biotoxicity evaluation of[C8mim]Cl by using Daphnia magna[J]. Environmental Chemistry, 2020, (11): 3024-3029. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2019081602

利用大型溞评估离子液体[C8mim]Cl生物毒性初探

    通讯作者: 邓祥元, E-mail: dengxy2016@foxmail.com
  • 江苏科技大学生物技术学院, 镇江, 212018
基金项目:

江苏省第十五批"六大人才高峰"高层次人才选拔培养项目(SWYY-025)和镇江市重点研发计划项目(SH2019004)资助.

摘要: 为评估1-辛基-3-甲基咪唑氯盐([C8mim]Cl)的生物毒性,本研究以大型溞(Daphnia magna)为实验对象,通过急性毒性实验分析了不同日龄大型溞对[C8mim]Cl的敏感性,并以存活率、产溞能力和蜕皮次数为指标研究了[C8mim]Cl对大型溞的慢性毒性效应,这将为评估离子液体的毒性效应提供科学依据.结果表明,[C8mim]Cl对1、2、4日龄大型溞的48 h半致死浓度(LC50)分别为208.9、182.7、178.6 μg·L-1,表明随着大型溞日龄的增加,[C8mim]Cl对大型溞的毒性效应逐渐增大并趋于稳定.此外,[C8mim]Cl对大型溞生活史中的初次产溞时间、总产溞数目、总产溞次数和蜕皮次数等影响不显著,但显著影响大型溞的存活率和初次产溞个数,因此,大型溞的存活率和初次产溞个数是评估[C8mim]Cl对大型溞慢性毒性效应的两个较为敏感的指标.

English Abstract

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