生物炭负载纳米零价铁镍激活过硫酸盐降解诺氟沙星废水

发布时间：2020-07-18 01:08

【摘要】：诺氟沙星(NOR)是第三代喹诺酮类药物,具有广谱、高效、低毒的特点,被广泛用于医疗和养殖业中。然而只有一小部分抗生素能够被生物体吸收,大部分以原药形式随粪便或尿液排出体外,进入环境中。近年来,越来越多的研究者在水体中检测出了残留的诺氟沙星,尽管在环境中浓度低,但是残留在环境中的诺氟沙星可能对环境造成巨大的威胁。因此寻找一种可以高效处理诺氟沙星的方法便显得尤为重要。硫酸根自由基(SO_4~-·)具有氧化能力强、反应速度快、活化方式多等优势,多孔材料负载型零价铁稳定性高,分散型好,用于激活过硫酸盐可以有效降解环境中的诺氟沙星。本研究采用液相还原法合成了生物炭负载纳米零价铁镍(BC@nZVI/Ni),并对其进行了表征。探讨了BC@nZVI/Ni活化过硫酸盐(PS)降解诺氟沙星废水体系的降解动力学和反应机制,考察了抗生素初始浓度、PS投加量、BC@nZVI/Ni投加量、初始pH值、温度、腐植酸(HA)、无机阴离子等因素对诺氟沙星(NOR)降解的影响;测定了NOR的降解中间产物,并推测了可能的主要降解途径。得到的主要结论为:(1)对BC@nZVI/Ni进行了扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)表征。SEM表征可以观察到纳米零价铁镍没有团聚,分散黏附在片状生物炭上,XRD谱图可以证实零价铁的存在,部分纳米零价铁氧化成其他价态的铁离子,XPS谱图则表明BC@nZVI/Ni中铁、镍元素和生物炭中羟基、羧基的存在,其中Fe~0约占总铁含量的10.9%。(2)在相同的用量条件下,BC@nZVI/Ni/PS体系比PS、BC、BC@nZVI/Ni、BC-PS、nZVI/Ni-PS体系对NOR的去除效果好,当BC@nZVI/Ni的投加量为0.2g/L,PS的浓度为0.4mM,303K条件下,20 min内降解了超过90%NOR,说明BC@nZVI/Ni可以成功激活PS降解NOR。不同体系下NOR的反应动力学表明NOR的降解在前20 min符合准一级动力学模型,其中BC@nZVI/Ni/PS体系反应速率最快。(3)讨论了不同铁炭比例、NOR初始浓度、PS浓度、BC@nZVI/Ni投加量、pH、温度、腐殖酸(HA)和无机阴离子对NOR降解的影响。在不同铁炭比例实验中,较低的铁炭比会造成纳米零价铁镍的团聚,较高则会影响其活性位点。当铁炭质量比为1:5时合成的生物炭负载纳米零价铁镍效果最好;在NOR初始浓度实验中,NOR去除率随NOR浓度提高逐渐降低;在不同PS浓度和BC@nZVI/Ni投加量条件下,NOR去除率先升高后降低,0.6mM PS和0.2g/L BC@nZVI/Ni为最佳投加量;另外pH值和温度对NOR的降解也有较大的影响,碱性会抑制NOR的降解。生物炭的加入提高了NOR的降解范围。随着温度的升高,PS的高温热解大大提高了NOR的降解速率;HA和SO_4~(2-)、NO_3~-的存在则会抑制NOR的降解,Cl~-和HCO_3~-的存在会轻微促进NOR的降解。(4)通过电子顺磁共振(EPR)和自由基猝灭实验,分析了参与反应的主要自由基,证明在酸性条件和中性条件下,硫酸根自由基为主要自由基,在弱碱性条件下,部分硫酸根自由基与溶液中的氢氧根离子反应生成羟基自由基,碱性条件下则是羟基自由基起到主要作用。通过研究Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)在溶液中的浓度变化,提出了在BC@nZVI/Ni复合材料存在下PS活化的机制。(5)通过激光质谱分析推测在硫酸根自由基和羟基自由基的作用下,诺氟沙星可以通过脱氟脱羧反应和哌嗪环开环等多条路径降解。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703
【图文】：

染与修复现状lones）是指人工合成的含有 4-喹诺氟沙星，环丙沙星，氧氟沙星，抑制 DNA 合成而杀菌，被广诺酮类抗生素特点是对革兰氏阴副作用低[4]。NOR），分子式 C16H18FN3O3，属于，味道微苦，可以微溶在水中或

图 2-1 诺氟沙星标准曲线Fig. 2-1 Norfloxacin standard curve 可知，在一定范围内 NOR 浓度 c 和峰面积成线性关系。在催化通过测定峰面积获得剩余 NOR 浓度。e3+浓度检测量：取 l.0mL 待测样品于 10mL 比色管中，加入 1.0mLpH=4液，加入 1.0 mL10% 盐酸羟胺，1.0 mL0.5% 邻菲罗啉，用去显色 15-30min 后，采用紫外可见分光光度计在 510 nm 处测吸量：测 Fe2+时不必加入盐酸羟胺，其他步骤与总铁测量步骤完全 Fe2+浓度之差。

太原理工大学硕士学位论文第三章 生物炭负载纳米零价铁镍的表征本章首先对生物炭负载纳米零价铁镍进行了表征，以分析其形貌特征，晶组成，为进一步探究生物炭负载零价铁镍/过硫酸钠体系的反应机理提供基础3.1 扫描电子显微镜图及分析（SEM）用黑色胶带分别将粉末状的生物炭、纳米零价铁、生物炭负载纳米零价铁负载纳米零价铁镍材料固定在样品座上，然后用 JSM-6700F 型扫描电子显微镜貌特征，表征结果见图 3-1。

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