【摘要】：抗生素的大量生產(chǎn)與濫用對人類健康和生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重威脅,而我國地表水中檢出頻率較高的抗生素主要為磺胺類和氟喹諾酮類抗生素。因此,本論文選擇磺胺甲VA唑和諾氟沙星(分別為磺胺類和氟喹諾酮類抗生素中的代表性物質(zhì))作為研究對象,研究如何有效地將其從環(huán)境水體中去除。由于光催化法具有環(huán)境友好、操作簡單等特點,逐漸成為水體中抗生素處理方法中的研究熱點。但該技術(shù)仍存在光催化效率低、可見光利用率低和分離效果不佳等應(yīng)用方面的不足。本論文通過合成新型復(fù)合水凝膠,采用新型復(fù)合水凝膠吸附富集水中的抗生素,同時在可見光下對抗生素進(jìn)行光降解的方法,在提高催化劑分離效果的同時,也提高了可見光利用率和對抗生素的降解效率。論文以N-甲基馬來酸(N-Methylmaleamic acid,NMMA)和 2-丙烯酸羥乙酯(2-hydroxyethyl acrylate,HEA)為單體,采用低溫輻照聚合法制備得到水凝膠載體p(HEA/NMMA),利用原位沉淀法負(fù)載氧化鋅和硫化銅納米顆粒,得到具有吸附和光催化性能的新型復(fù)合水凝膠,即氧化鋅復(fù)合水凝膠(p(HEA/NMMA)-ZnO)和硫化銅復(fù)合水凝膠(p(HEA/NMMA)-CuS);利用相應(yīng)的表征手段分析了水凝膠載體和新型復(fù)合水凝膠(p(HEA/NMMA)-ZnO、p(HEA/NMMA)-CuS)的溶脹性和 Zeta 電位、表面形貌、結(jié)構(gòu)特征、熱穩(wěn)定性以及光學(xué)性能等;結(jié)合以上特性研究了新型復(fù)合水凝膠對抗生素的吸附效果、吸附行為特性、吸附的影響因素以及吸附機理;系統(tǒng)考察了新型復(fù)合水凝膠在可見光照射下對抗生素的降解效果、降解動力學(xué)和影響因素,并通過降解產(chǎn)物的分析與理論計算得出相應(yīng)的降解機理;評價了新型復(fù)合水凝膠降解抗生素后產(chǎn)物的急性毒性;對模擬實驗廢水的處理效果進(jìn)行了探討。通過以上研究,得出主要結(jié)論如下:1、水凝膠載體和新型復(fù)合水凝膠的性能表征相應(yīng)的表征分析結(jié)果表明,水凝膠載體表面帶有羧基、羥基和酰胺基,硫化銅和氧化鋅納米顆粒的負(fù)載主要是與水凝膠單體上的酰胺基作用;兩種新型復(fù)合水凝膠中含有CuS納米顆粒與ZnO納米顆粒分別占水凝膠干重的10 wt%和15 wt%;兩種新型復(fù)合水凝膠對可見光的吸收明顯強于單純ZnO和CuS納米顆粒;在可見光照射下,ZnO納米顆粒和兩種新型復(fù)合水凝膠產(chǎn)生的電子和空穴均可以被有效分離,而單純的CuS納米顆粒產(chǎn)生的電子和空穴不能被有效分離。2、新型復(fù)合水凝膠對抗生素的吸附效果和機理兩種新型復(fù)合水凝膠對于抗生素的平衡吸附量隨著抗生素初始濃度的升高而升高;諾氟沙星(NOR)的初始濃度為0.64 mmol/L時,p(HEA/NMMA)-ZnO對NOR的理論最大吸附量為52.6 mg/g,磺胺甲VA唑(SMX)的初始濃度為2.0 mmol/L時,p(HEA/NMMA)-CuS對SMX的理論最大吸附量為31.0 mg/g;NOR和SMX在兩種新型復(fù)合水凝膠上的吸附較好的符合Langmuir模型,吸附均屬于單分子層的化學(xué)吸附;水凝膠載體p(HEA/NMMA)對NOR和SMX的吸附主要是由于聚合物單體上酰胺基的作用,p(HEA/NMMA)-ZnO對NOR的吸附主要是由于氧化鋅納米顆粒的作用,水凝膠單體上酰胺基起到輔助作用;p(HEA/NMMA)-CuS對SMX的吸附受硫化銅納米顆粒和水凝膠單體上酸胺基的共同作用。3、新型復(fù)合水凝膠對抗生素的降解效果和機理在500w可見光照射下,2.0g/L的p(HEA/NMMA)-ZnO對0.16mmol/LNOR在60 min內(nèi)的降解效率可達(dá)89.5%,2.0 g/L的p(HEA/NMMA)-CuS對0.20 mmol/L的SMX在12 h以內(nèi)的降解效率可達(dá)90.9%;可見光強度的變化對p(HEA/NMMA)-ZnO降解NOR的效率影響不明顯,p(HEA/NMMA)-CuS降解SMX的效率隨著可見光強度的減小而降低;對新型復(fù)合水凝膠光降解抗生素機理的研究發(fā)現(xiàn),p(HEA/NMMA)-ZnO對NOR的降解主要由空穴和超氧自由基(·O2)在氧化過程中發(fā)揮主要作用,羥基自由基(·OH)起到輔助作用,p(HEA/NMMA)-CuS對SMX的降解過程中,空穴發(fā)揮了主要作用,·OH起到輔助作用;p(HEA/NMMA)-ZnO對NOR的礦化率為77.2%,p(HEA/NMMA)-CuS對SMX的礦化率為43.6%;重復(fù)性實驗結(jié)果表明,新型復(fù)合水凝膠具有很好的重復(fù)利用性。4、新型復(fù)合水凝膠降解抗生素后產(chǎn)物的急性毒性評價和實驗室模擬抗生素廢水的處理效果利用明亮發(fā)光桿菌(Photobacterium phosphorem T3)對抗生素降解前后的生物毒性進(jìn)行評價,發(fā)現(xiàn)兩種新型復(fù)合水凝膠降解NOR和SMX后,降解產(chǎn)物溶液對明亮發(fā)光桿菌的發(fā)光抑制作用均呈現(xiàn)出不同程度的降低,說明經(jīng)兩種新型復(fù)合水凝膠降解后的抗生素產(chǎn)物的生物毒性均減弱。與對照組相比,p(HEA/NMMA)-ZnO對兩種模擬海水養(yǎng)殖廢水和中等硬度合成水中NOR的最終降解效率基本沒受影響,模擬合成污水中NOR的降解效率受到約10%的抑制;p(HEA/NMMA)-CuS對兩種模擬海水養(yǎng)殖廢水中SMX的最終降解效率略有減少,在中等硬度合成水和模擬合成污水中SMX的降解效率分別下降了約15%和20%。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：X703
【圖文】：

解效果和機理研究，降解的影響因素和條件優(yōu)化等，最后研究抗生素降解產(chǎn)物的逡逑急性生物毒性評價和模擬廢水的處理效果，為其后續(xù)的應(yīng)用提供技術(shù)支撐。本研逡逑宄的技術(shù)路線如圖１．２所示：逡逑１２逡逑

研究o8型復(fù)合水凝膠吸附逡逑降解抗生素的效果與機理逡逑圖１．１論文的研究思路逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｔｈｅ邋ｒｅｓｅａｒｃｈ邋ｉｄｅａｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｔｈｅｓｉｓ逡逑基于以上研宄思路，本論文主要開展了以下幾方面的研究內(nèi)容：（１）新型水逡逑凝膠聚合物和光催化劑的復(fù)合制備與特性表征；（２）新型復(fù)合水凝膠吸附抗生素逡逑的效果和機理；（３）新型復(fù)合水凝膠在可見光照射下降解抗生素的效果和機理；逡逑（４）新型復(fù)合水凝膠降解抗生素后產(chǎn)物的急性生物毒性；（５）新型復(fù)合水凝膠逡逑對于實驗室彳吳擬廢水的降解效果。逡逑１．５．３技術(shù)路線逡逑技術(shù)路線主要為新型復(fù)合水凝膠的制備和表征，新型復(fù)合水凝膠對抗生素的逡逑暗吸附行為研究，影響因素和吸附機理研究；新型復(fù)合水凝膠對抗生素的催化降逡逑解效果和機理研究，降解的影響因素和條件優(yōu)化等，最后研究抗生素降解產(chǎn)物的逡逑急性生物毒性評價和模擬廢水的處理效果

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2731934