氟喹諾酮類抗生素(fluoquinolones,FQs)作為一類常用的藥物及個人護理用品(pharmaceuticals and personal care products,PPCPs),被廣泛應(yīng)用于人類及動物的疾病治療當(dāng)中。而環(huán)境中殘留的微量FQs可能會給人類及環(huán)境帶來潛在的危害。高級氧化技術(shù)(advanced oxidation processes,AOPs)可以產(chǎn)生大量的具有氧化能力的活性物質(zhì),作用于環(huán)境中微量有機污染物的降解與礦化。本論文研究了三種典型FQs:環(huán)丙沙星(ciprofloxacin,CIP)、洛美沙星(lomefloxacin,LOM)和加替沙星(gatifloxacin,GAT)分別在UV/chlorine體系、Fe(Ⅲ)-DSC/H_2O_2和LDH-GO/PMS體系中的降解及其機理,旨在深入探求AOPs處理水中FQs的新方法。1.研究了UV/chlorine體系中CIP的降解及其機理。研究結(jié)果表明,與UV和dark chlorine體系相比,UV/chlorine體系促進了CIP的降解,其10 min降解效率可達100%。CIP在UV/chlorine體系中的降解主要歸因于活性物質(zhì)的攻擊。通過淬滅實驗和競爭動力學(xué)實驗,計算得出水合電子(e_(aq)·),羥基自由基(HO·),氯自由基(Cl·)和UV光降解的相關(guān)貢獻率。在中性條件下,CIP降解具有較高的偽一級反應(yīng)速率常數(shù),其值約為7.4×10~-33 s~(-1)。其中e_(aq)·的相關(guān)貢獻率最高,其次是Cl·、HO·和UV光降解。在多種活性物質(zhì)的協(xié)同作用下,UV/chlorine體系可以使22.3%的CIP礦化。通過識別CIP降解過程中的無機產(chǎn)物、中間產(chǎn)物及消毒副產(chǎn)物,CIP的降解路徑被推測。通過CIP降解產(chǎn)物的總有機氯及生物毒性的表征發(fā)現(xiàn),60 min降解產(chǎn)物的毒性最低。將本體系引入真實水體中,結(jié)果發(fā)現(xiàn)UV/chlorine體系可以有效降解真實水體中的CIP。2.引入檸檬酸亞錫二鈉(Disodium stannous citrate,DSC)作為類芬頓體系的絡(luò)合劑,研究了LOM在Fe(Ⅲ)-DSC/H_2O_2類芬頓體系中的降解及其機理。研究結(jié)果表明,隨著Fe(Ⅲ)-DSC和H_2O_2的濃度提高,LOM的降解速率加快。Fe(Ⅲ)-DSC/H_2O_2體系在酸性條件下對LOM的降解效率最高,可以達到89.9%。在中性條件下,LOM的降解效率約為81.7%。通過淬滅實驗可知,降解過程中起主要作用的活性物質(zhì)為超氧負離子自由基(O_2·~-)與HO·,體系中部分Fe(Ⅲ)被Sn(II)還原為Fe(II),部分Fe(Ⅲ)-DSC絡(luò)合物與H_2O_2反應(yīng)生成Fe(II)和O_2·~-。O_2·~-一方面可以直接作用于LOM降解,另一方面也可以作用于Fe(II)/Fe(Ⅲ)的轉(zhuǎn)化。Fe(II)與H_2O_2反應(yīng)產(chǎn)生的HO·作用于LOM降解。通過競爭動力學(xué)實驗計算可知LOM與HO·的二級反應(yīng)動力常數(shù)k_(LOM-HO·)約為5.5×10~9 M~(-1).s~(-1)(R~2=0.90)。在60 min降解后,LOM脫氟率可以達到17.9%,脫氮率可達到14.3%。LOM在Fe(Ⅲ)-DSC/H_2O_2體系中的降解路徑被推斷。3.合成了鈷鐵鎳三元水滑石(layered double hydroxide,LDH)與氧化石墨烯(graphene oxide,GO)的復(fù)合材料LDH-GO,研究了GAT在LDH-GO/PMS中的降解及其機理。由于三種不同金屬元素的協(xié)同效應(yīng),LDH-GO在催化過程中表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能。45 min內(nèi),GAT在LDH-GO/PMS體系中可被完全降解。GAT的5小時礦化率與脫氟率分別為55.5%與78.0%。運用叔丁醇(TBA)和甲醇(MeOH)進行淬滅實驗證明,體系中對GAT降解和礦化起主要作用的自由基為硫酸根自由基(SO_4·~-)。GO大量的表面官能團有效地將金屬元素固定,酸性條件下,LDH-GO的金屬溶出率僅為LDH的32.6%。在LDH-GO/PMS體系中,堿性條件下GAT的降解速率要高于中性及酸性條件下的降解速率,主要是由于OH~-對LDH-GO結(jié)構(gòu)的保護作用和OH~-對PMS的活化作用。在降解過程中,一系列氧化還原反應(yīng)使LDH-GO復(fù)合材料保持高效催化性,同時LDH-GO作為催化劑具有良好的穩(wěn)定性和可重復(fù)利用性。
【學(xué)位單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：X703
【部分圖文】：

圖 1.1 氟喹諾酮類抗生素進入環(huán)境的途徑Fig 1.1 Routes of introduction of fluoquinolones into the environment近年來，研究者們在多地水廠和自然環(huán)境中檢測出了微量濃度的 FQ012）報道了在北京某污水處理廠的污水進流、二級出流和污泥中分別3 ±241 ng.L-1, 1013 ±218 ng.L-1和 18.4±0.9mg.kg-1的 FQs[4]。Golet 等（了瑞士某污水處理廠進流與二級出流中的 FQs 濃度分別為 255-568 n106 ng.L-1[5]。Miao 等（2004）報道了加拿大的 8 個污水處理廠均檢測

圖 2.1 小型光化學(xué)反應(yīng)器示意圖Fig 2.1 The diagram of the bench-scale photochemical apparatus究 UV、darkchlorine 和 UV/chlorine 體系中 CIP 的降解，陰離因素以及在地表水和污水廠出流中的應(yīng)用時，CIP 濃度設(shè)定為 20.0mM 磷酸鹽緩沖液來調(diào)節(jié)溶液 pH。在不同的反應(yīng)時間取即用 20μL 濃度為 10.0mM 的 Na2S2O3淬滅。為了識別降解產(chǎn)（totalorganiccarbon，TOC）和總有機氯（totalorganicchlorine中 CIP 和 NaClO 濃度設(shè)定為 100.0 μM 和 1.0 mM，并將反應(yīng)in。為了評估降解產(chǎn)物的毒性，將 240 min 內(nèi)不同反應(yīng)時刻的抗壞血酸進行淬滅，從而對樣品進行生物毒性分析。所有實驗方法的濃度采用配置二極管陣列檢測器的高效液相色譜儀（high pomatograph，HPLC，1260 Infinity，Agilent，USA）檢測。檢

圖 3.8 Fe(III)-DSC/H2O2體系降解機理ig 3.8 Mechanism of Fe(III)-DSC/H2O2system and the relative contribution of reactive spec0 10 20 30 40 50 600.60.70.80.91.00.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.0100.000.020.040.06R2=0.90k=5.5×109M-1s-1C/C0Time (min) 3.9 Fe(III)-DSC/H2O2體系中 NB 的降解與 kLOM- HO 擬合（內(nèi)圖）。實驗條件：pH = 7.[NB]0= 10 μM，[Fe(III)-DSC]0= 20 μM，[H2O2]0= 100 μMig 3.9 NB degradation in Fe(III)-DSC/H2O2system and kLOM- HO fitting (insert). Experimenconditions: pH = 7.0, [NB]0= 10 μM, [Fe(III)-DSC]0= 20 μM, [H2O2]0= 100 μM
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 吳健;熊振湖;;UV/Fenton法對諾氟沙星的降解與礦化[J];天津城市建設(shè)學(xué)院學(xué)報;2008年04期

本文編號：2862392