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前言

近年来，石油化合物成为了水污染的主要原因之一，而MTBE是一种添加到汽油中以促进燃烧的石油化合物，由于它的 低成本低、使用便捷和方便运输、以及分布广泛 ，它在过去二十年中作为辛烷值的增强剂和抗爆剂上得到了广泛应用。

MTBE是一种挥发性、无色和易燃液体，在25°C时可溶于水（48 g/L），它会对环境和健康产生影响，如神经系统反应、头晕、注意力分散、恶心和健忘等。

我们为了人们的用水健康 ，有效去除水中的MTBE成为了至关重要的问题，过去几十年中已经尝试了许多方法来消除地下水中的MTBE，可由于其高溶解度、对土壤的亲和力低、难以降解，如果我们使用传统水处理工艺来去除MTBE是非常困难的。

如今，我们已经找到了去除MTBE方法，其中就包括活性炭吸附、气体剥离和高级氧化过程等等，根据先前的研究，我们发现 光催化氧化这一方法 ，对于MTBE的分解是最有效的。

材料和实验方法

我们使用的所有的化学品基本为纯净级别 ，包括MTBE、亚砷酸钠（NaAsO2）、氧化镁（MgO）、赤铁矿（Fe2O3）、氢氧化钠（NaOH）、盐酸（HCL）、柠檬酸（C6H8O7）、*酮丙**（C3H6O）、己烷（C6H14）和乙醇（C2H6O），均从Sigma Aldrich公司购买。

我们调节pH值时，使用了氢氧化钠和盐酸，溶液的制备采用双蒸馏水（电导率为18 MΩ cm），光源采用11瓦的紫外灯，使用Philips PW 1800型X射线衍射仪，来确定凝胶结构，以及扫描电子显微镜用于观察纳米颗粒的表面形态，加速电压为 20.0 kV。

我们在典型的过程中，通过简单的溶胶-凝胶法制备了高活性的MgO纳米颗粒，将MgO纳米颗粒在60°C的乙醇中溶解5小时，然后缓慢加入柠檬酸搅拌，形成凝胶溶液，当溶液完全分散时，化合物在65°C浓缩， 形了成湿凝胶。

我们将湿凝胶在110°C下干燥12小时，将上述产品在550°C下以4°C/min的升温速率煅烧4小时，Fe2O3溶液是通过溶胶-凝胶法合成的，将这个溶液加入MgO凝胶中， 制成最终的涂层，获得Fe2O3/MgO的最终产品。

镁和铁在水溶液中的泄漏率在实验室条件下均小于5％，我们经统计确认，在进行光催化过程后，研究用反应器被放置在磁场中，以研究催化剂在实验室条件下的二次应用，其效率是有利的。

我们在70°C下干燥催化剂后，收集到的催化剂在天平上被称重，重量差估计小于15％，催化剂在光催化过程后会被我们拍摄记录，经过观察发现其图像与初始图像没有显著差异，可以说MTBE矿化和去除操作是可以在适当的条件下进行。

我们使用了高纯度的MTBE溶液（99.9%），砷酸盐库存溶液（1000 mg/L）通过将砷酸钾（KAsO2）溶解在经过酸蒸馏两次的蒸馏水中，并加入HCl（最终浓度为2.5%）来制备，制备后的样品在4摄氏度的冰箱中储存，使用NaOH和HCl来调整反应混合物的pH值， 以及化学反应器和优化。

MTBE的光催化去除是在实验室的反应器中进行的，反应器采用透明的有机玻璃制成，尺寸为20 cm× 10cm × 14cm，有效容积不到1升，我们将一盏UV灯（11瓦）浸入溶液中，为反应器提供紫外辐射。

我们把反应器严密关闭，并充分搅拌，将反应器固定并制成双座形式，反应器的温度控制在25-30摄氏度之间，将溶液经离心处理（以4000转/分钟的速度离心30分钟）， 以分离纳米催化剂。

MTBE的提取方法

MTBE的提取使用了分散液-液微萃取（DLLME）方法，DLLME是一种从水溶液中提取有机化合物的简单、快速和敏感的方法，我们将10毫升样品加入一个带有锥形底部离心管的玻璃管中，*腈乙**（1毫升）和己烷（0.2毫升）分别用作 分散和萃取溶液 。

完成以后我们将混合溶液以5000转/分钟的速度离心2分钟，在这个阶段之后，己烷液滴被分离出来，用10微升的汉密尔顿注射器移除，并注入气相色谱仪（GC）中，Y表示MTBE的数量，β0表示交互回归系数，βi表示线性回归系数，βii表示二次回归系数，βij表示交互回归系数，Xi和Xj表示自变量。

我们在这个实验中采用方差分析（ANOVA）的方法，来确定模型和自变量的显著性，并确定R2、调整后的R2和预测的R2的值，方差分析表中的p值和拟合不良检验、正态曲线以及预测值与实际值的比较被用于检查模型的适应性和数据，统计显著水平的p值为0.05，拟合不良值不应有意义（即模型中没有扭曲数据），轮廓线和三维图表被绘制出来，以分析MTBE去除率和自变量之间的相互作用，利用预测方程获得的响应曲面法（RSM）优化条件， 得到了去除MTBE和砷的最佳条件。

虽然光催化过程是处理水溶液中MTBE的合适方法，但某些污染物的存在可能限制有效去除，砷是一种金属类似元素，在光催化过程中氧化并与MTBE竞争氧化。

我们可以总体上得出结论，本研究使用的方法 更适用于 较低浓度的MTBE，我们虽然较少关注As对水处理的影响，但本研究表明水中存在砷可以限制MTBE的去除效率。

由于一些水资源和MTBE渗漏中含有砷，因此预处理以去除砷是必不可少的，光催化过程比其他用于去除有机化合物的方法更具成本效益，如气体脱附、活性炭吸附、焚烧和臭氧化，该过程通常在常温和常压下销毁有机污染物，无需直接注入氧气。

这种处理方法适用于在经济、环境和运营方面都能够达到最佳条件的情况，水环境中存在一些抑制性和破坏性因素， 因为那些可能会降低处理效率 ，可以认为在光催化过程之前分离和去除砷是减少这种抑制效应的最佳选择之一。

催化氧化MTBE过程的抑制效应

我们通过扫描电镜（SEM）、能量色散X射线分析（EDX）和X射线衍射分析（XRD）等方法，成功合成了Fe2O3/MgO纳米催化剂，研究结果表明， MTBE能够通过光催化氧化过程成功去除 ，其中最佳的模型为二次模型（p < 0.0001，F = 45.84，R2 = 0.9693，R2调整 = 0.9482，R2预测 = 0.8984）。

我们根据二次模型和方差展开分析，初始MTBE浓度和催化剂用量是影响因素中最为显著的，工艺优化结果显示，通过增加催化剂用量和反应时间，同时降低MTBE浓度和溶液的pH值，能够提高MTBE氧化过程的效率，在最优条件下（MTBE初始浓度 = 37.5 mg/L，pH = 5，催化剂用量 = 1.54 g/L，反应时间 = 21.41 min），预测的去除效率为90.90%，而实验结果为88.73%。

尽管我们使用该过程能够成功去除MTBE，但同时引入了砷作为抑制因素了，与初始砷浓度相关的最大抑制效应为0.5 mg/L。

鉴于这些结果，我们从水资源中预先去除砷，并进一步研究砷对光催化去除MTBE的抑制效应的机制，如空穴电子的产生机制是至关重要的，还要建议进行进一步研究， 以确定其他重金属和金属类似物对有机物去除效率的影响。

MTBE是一种脂肪族物质，可以通过先进氧化过程从受污染的水中成功去除，砷是一种有毒的金属类似物，在一些水源中被检测到，比如在国外，考虑到砷在水溶液中的氧化潜能，预计其在光催化有机物去除中， 如MTBE去除中，可能会产生干扰。

我们面对这种效应缺乏观察，本研究探讨的是砷对使用Fe2O3/MgO催化剂在紫外辐射下光催化去除MTBE的影响，通过实验设计、建模和优化操作参数，如砷和MTBE浓度、催化剂用量、pH值和反应时间，进行的研究。

我们合成的纳米催化剂具有均匀的球形形态结构，含有33.06%的Fe2O3和45.06%的MgO，最佳模型与二次模型相关（p值 < 0.0001，R2 = 0.97），而且MTBE浓度的影响大于其他因素。

我们在无砷情况下，最高去除效率出现在初始浓度为37.5 mg/L的MTBE、1.58 mg/L的Fe2O3/MgO、pH 5和反应时间为21.41分钟，去除效率与初始MTBE浓度和pH呈负相关，但与Fe2O3/MgO用量和反应时间呈正相关， 砷的存在显著降低了去除效率 （砷浓度为0.25 µg/L时为90.90%，砷浓度为500 µg/L时为61%）。

MTBE可以通过Fe2O3/MgO光催化过程去除，但砷的存在引入了限制性因素，因此，还是要先进行除砷的过程，再进一步研究这种干扰效应的更多细节。

结论

本研究探讨了砷对Fe2O3/MgO光催化氧化MTBE过程的抑制效应， 通过SEM、EDX和XRD分析成功合成了Fe2O3/MgO纳米催化剂，MTBE成功地通过光催化氧化去除，最佳模型是二次模型（p < 0.0001，F = 45.84，R2 = 0.9693，R2调整 = 0.9482，R2预测 = 0.8984）。

我们根据二次模型和方差分析，最有效的因素是MTBE的初始浓度和催化剂用量，工艺优化表明，通过增加催化剂用量和时间，减少MTBE浓度和pH值，可以提高MTBE氧化过程的效率，在最佳条件下（MTBE初始浓度 = 37.5 mg/L，pH = 5，催化剂用量 = 1.54 g/L，时间 = 21.41 min），预测和实验去除效率分别为90.90%和88.73%， 尽管该过程成功地去除了MTBE，但砷被引入作为抑制因素。

我们基于这些结果，从水资源中预处理砷，并进一步研究砷对光催化去除MTBE的抑制效应的更多细节，如空穴电子的形成，是必不可少的，除了这些还要进行进一步研究，以确定其他重金属和类金属对有机物影响到去除的效率。

参考文献

[1] 优化MTBE反应器工艺提高异*烯丁**的转化率[J]. 徐慧杰.化工管理,2017(11)

[2] MTBE裂解制异*烯丁**装置换热网络节能研究[J]. 梁搏云.山东化工,2012(04)

[3] 甲基叔丁基醚(MTBE)的合成[J]. 申文杰,胡津仙.合成化学,1997(04)

[4] 优化生产提高MTBE装置异*烯丁**转化率[J]. 李豫杉;闫三平;张岩.内蒙古石油化工,2010(15)

[5] MTBE转产二异*烯丁**生产技术及工业实践[J]. 孟隆;王雅.现代化工,2021(03)

[6] 影响MTBE产品纯度的因素及对策[J]. 郭姣民.齐鲁石油化工,2013(02)