臭氧 -紫外 -超声协同降解安赛蜜

臭氧 -紫外 -超声协同降解安赛蜜

陈浩南 上官一将 高斯屿 薛洪海

吉林建筑大学 松辽流域水环境教育部重点实验室 ， 长春， 130118

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。

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。

表 1 不同降解体系对安赛蜜降解的一级反应动力学方程及参数

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