本文關(guān)鍵詞：電化學(xué)高級氧化技術(shù)深度處理抗生素左氧氟沙星的效能與機(jī)理研究

  更多相關(guān)文章： 左氧氟沙星 電芬頓 可生化性 螯合 金剛石電極(BDD) 礦化

【摘要】：抗生素濫用引起的環(huán)境污染已成為我國乃至全球面臨的重大環(huán)境問題之一。其中抗生素左氧氟沙星(Levofloxacin,LVX)在氟喹諾酮類藥品中使用率最高,藥物殘留嚴(yán)重超標(biāo),因此高效降解LVX具有重要意義。本論文采用電化學(xué)高級氧化技術(shù)之一的電芬頓過程(electro-Fenton,EF)對目標(biāo)物L(fēng)VX進(jìn)行降解,從實(shí)現(xiàn)LVX完全降解(部分礦化)及完全礦化兩個角度出發(fā),考察了LVX在EF體系中的降解過程及反應(yīng)機(jī)理,優(yōu)化了系統(tǒng)反應(yīng)條件,考察了體系可生化性變化,檢測了降解中間產(chǎn)物,進(jìn)而提出了LVX在EF過程中的降解歷程。同時研究了LVX與金屬離子Fe2+/Fe3+的螯合現(xiàn)象及其對EF和金剛石陽極(Boron-doped diamond electrode,BDD)強(qiáng)化EF過程降解LVX效能的影響,主要結(jié)果如下：(1)以降低處理成本為目的,利用EF提高可生化性研究：確定了EF處理LVX的最佳反應(yīng)條件,即I=0.36 A,pH=3.0,Fe2+濃度1.00 mM及通入背景氣體100mL min-1O2。在最佳條件下處理500 mL初始濃度為200 mg-L-1的LVX溶液,電解360min后溶液TOC去除率為61.0%。EF處理LVX 360 min后,體系的BOD5/COD值從初始LVX的0增加至0.24,溶液可生化性明顯改善。繼續(xù)處理到480,600和720 min后,溶液BOD5/COD值增加至0.32,0.41和0.55,表明溶液已易生化降解,可以利用低成本生化處理方法進(jìn)行深度處理。EF對LVX的降解行為符合準(zhǔn)一級反應(yīng)動力學(xué),表觀速率常數(shù)為2.37×10-2min-1。通過UPLC-QTOF-MS/MS系統(tǒng)檢測到LVX的8種降解中間產(chǎn)物,利用HPLC檢測到3種有機(jī)酸,并使用IC檢測到F、NO3-、NH4+等無機(jī)產(chǎn)物,在此基礎(chǔ)上提出了LVX在EF體系中可能的降解歷程。(2)以確定有機(jī)物螯合行為對降解效能影響為目標(biāo),考察LVX與Fe2+/Fe3+螯合機(jī)理及其對EF降解機(jī)制影響：研究表明LVX會與Fe3+發(fā)生螯合反應(yīng),最佳螯合比為[LVX]:[Fe3+]=2:1。在相同F(xiàn)e2+或Fe3+濃度條件下,以Fe3+為催化劑的EF體系對LVX溶液的TOC去除率更高,說明Fe3+與LVX的螯合有利于EF對LVX廢水的處理效果。EF降解過程中鐵的轉(zhuǎn)化規(guī)律研究表明,ACF陰極能有效還原Fe3+,維持溶液中Fe2+濃度,保持EF反應(yīng)的持續(xù)高效進(jìn)行。(3)以實(shí)現(xiàn)完全礦化為目的,利用BDD強(qiáng)化EF過程高效礦化LVX研究：在I=0.36A, pH=3.0, Fe2+ 1.00 mM及通入100mL min-1O2的最佳條件下,利用BDD-EF處理60 min就可實(shí)現(xiàn)200 mg-L-1 LVX完全降解,處理360 min后TOC去除率達(dá)到92%,說明BDD-EF既可快速去除目標(biāo)污染物,又可快速實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物及其中間產(chǎn)物的礦化。檢測到LVX在BDD-EF降解過程中生成了5種中間產(chǎn)物,3種有機(jī)酸及3種無機(jī)離子,并以此提出了LVX在BDD-EF體系中完全礦化路徑。(4)以篩選最優(yōu)處理工藝為目的,對比分析了LVX在RuO2/Tri-AO(Anodic oxidation)、EF、BDD-AO及BDD-EF四個過程中的降解效果及作用機(jī)理：結(jié)果表明各體系對LVX的降解速率：BDD-AORuO2/Ti-AOEFBDD-EF；而礦化效果：RuO2/Ti-AOEFBDD-AOBDD-EF,經(jīng)360 min處理后,各體系TOC去除率分別為14.6%,79.4%,90.9%和92.0%。RuO2/Ti-AO體系中不產(chǎn)生H2O2和·OH,其他體系均有H202和·OH生成,電解120 min時生成H202濃度分別為215.3 μM(AO-H202).237.3 μM(BDD-AO)和515.3 μM(BDD-AO-H202),'OH濃度分別為78.0 μM(EF).85.8 μM(BDD-AO)和147.9 μM(BDD-EF),說明BDD的引入可以顯著提高H202和·OH的產(chǎn)率,在BDD-EF體系中,BDD與ACF電極存在協(xié)同作用,體系氧化能力大于單獨(dú)BDD與單獨(dú)ACF作用的簡單相加。
【關(guān)鍵詞】：左氧氟沙星 電芬頓 可生化性 螯合 金剛石電極(BDD) 礦化
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X703
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 1 引言13-30
• 1.1 水體中抗生素物質(zhì)的危害13-17
• 1.1.1 抗生素概述13-14
• 1.1.2 抗生素殘留及環(huán)境問題14-15
• 1.1.3 抗生素類藥物的主要處理方法15-17
• 1.2 電化學(xué)高級氧化技術(shù)17-22
• 1.2.1 電化學(xué)陽極催化氧化17-20
• 1.2.2 電化學(xué)陰極間接催化氧化20-22
• 1.3 典型的氟喹諾酮類抗生素-左氧氟沙星22-27
• 1.3.1 抗生素左氧氟沙星22-23
• 1.3.2 左氧氟沙星與金屬離子螯合現(xiàn)象23-24
• 1.3.3 左氧氟沙星廢水處理研究現(xiàn)狀24-27
• 1.4 論文研究目的、主要內(nèi)容及研究思路27-30
• 1.4.1 研究目的27
• 1.4.2 研究內(nèi)容27-28
• 1.4.3 技術(shù)路線28-30
• 2 試驗(yàn)材料與方法30-37
• 2.1 試驗(yàn)藥品及儀器30-31
• 2.1.1 試驗(yàn)藥品及材料30-31
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器31
• 2.2 反應(yīng)裝置31-33
• 2.3 試驗(yàn)方法33-34
• 2.3.1 H_2O_2的生成33
• 2.3.2 ·OH的生成33
• 2.3.3 Fe~(2+)和Fe~(3+)的轉(zhuǎn)化33-34
• 2.3.4 電芬頓降解左氧氟沙星34
• 2.4 分析方法34-37
• 2.4.1 TOC及UV-Vis分析34
• 2.4.2 COD、BOD分析34-35
• 2.4.3 生物急性毒性分析35
• 2.4.4 LVX含量及有機(jī)酸測定35-36
• 2.4.5 離子色譜分析及氨氮的測定36
• 2.4.6 降解產(chǎn)物分析36-37
• 3 電芬頓處理左氧氟沙星廢水提高其可生化性37-50
• 3.1 不同電化學(xué)過程降解LVX對比37-39
• 3.2 電芬頓降解LVX條件優(yōu)化39-41
• 3.3 電芬頓降解LVX的可生化性提高41-43
• 3.4 電芬頓降解LVX的生物毒性變化43
• 3.5 電芬頓降解LVX的中間產(chǎn)物生成情況43-47
• 3.5.1 無機(jī)離子及有機(jī)酸生成43-44
• 3.5.2 LVX降解中間產(chǎn)物的UPLC-MASS分析44-47
• 3.6 LVX的EF降解歷程分析47-48
• 3.7 本章小結(jié)48-50
• 4 LVX與Fe~(2+)/Fe~(3+)螯合機(jī)理及其對EF降解的影響50-65
• 4.1 Fe~(2+)/Fe~(3+)濃度對螯合的影響50-52
• 4.2 pH對LVX結(jié)構(gòu)及與LVX-Fe~(3+)螯合的影響52-54
• 4.3 測定LVX與Fe~(3+)的螯合比54-57
• 4.4 電芬頓體系中鐵的轉(zhuǎn)化規(guī)律57-60
• 4.5 螫合對電芬頓降解左氧氟沙星的影響60-63
• 4.5.1 不同過程降解LVX效果對比60-61
• 4.5.2 Fe~(2+)/Fe~(3+)對EF降解LVX的影響61-63
• 4.5.3 溶液pH對EF降解LVX的影響63
• 4.6 本章小結(jié)63-65
• 5 BDD電極強(qiáng)化電芬頓降解左氧氟沙星65-80
• 5.1 不同陽極氧化過程降解LVX對比65-71
• 5.1.1 不同陽極氧化去除LVX能力對比65-67
• 5.1.2 不同陽極氧化對LVX礦化能力對比67-69
• 5.1.3 不同陽極氧化過程機(jī)理分析69-71
• 5.2 BDD-AO降解LVX條件優(yōu)化71-72
• 5.2.1 電流強(qiáng)度對BDD-AO降解LVX的影響71-72
• 5.2.2 初始pH對BDD降解左氧氟沙星的影響72
• 5.3 BDD強(qiáng)化EF降解LVX72-79
• 5.3.1 不同過程對LVX降解及礦化能力對比72-73
• 5.3.2 BDD-EF體系條件優(yōu)化73-75
• 5.3.3 BDD-EF體系中有機(jī)酸及無機(jī)離子生成75-76
• 5.3.4 BDD-EF降解LVX歷程分析76-79
• 5.4 本章小結(jié)79-80
• 6 不同電化學(xué)過程降解LVX對比總結(jié)80-89
• 6.1 不同過程對LVX的降解及動力學(xué)分析80-81
• 6.2 不同過程對LVX礦化能力比較81-83
• 6.3 不同過程中LVX降解終產(chǎn)物生成情況83-86
• 6.3.1 有機(jī)酸生成83-84
• 6.3.2 無機(jī)離子產(chǎn)生84-86
• 6.4 不同過程對LVX降解機(jī)理探討86-87
• 6.5 本章小結(jié)87-89
• 7 結(jié)論與展望89-91
• 7.1 結(jié)論89
• 7.2 展望89-91
• 參考文獻(xiàn)91-100
• 作者簡歷及攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果100-102
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集102

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本文編號：616013