基于臭氧的高级氧化技术降解环境中典型PPCPs的研究

发布时间：2020-08-08 20:43

【摘要】：药品与个人护理品(PPCPs)由于近年来广泛在地表水、地下水以及饮用水中被检测出来,引起了众多学者的关注。PPCPs在长时间在暴露在水体中会对生态环境和人体健康造成不良的影响。高级氧化法(AOPs)作为一种高效的去除PPCPs的一种手段,还具备着许多可以提升的潜能,其中的包含的机理研究也存在着部分空白。本文以酮洛芬(KET)作为目标污染物,研究了其在臭氧与过硫酸氢钾复合盐(O_3/PMS)下的降解过程;以及在模拟太阳光下,利用臭氧联合光催化剂(TiO_2/CDs)降解环丙沙星(CIP)的反应动力学和机理。主要研究结果如下:(1)利用臭氧(O_3)以及臭氧联合过硫酸氢钾复合盐(O_3/PMS)降解酮洛芬(KET)模拟废水,对比了两个体系中酮洛芬的降解效果以及初始pH值对酮洛芬降解的影响,并探究了降解机理。结果表明,酮洛芬的降解符合准一级动力学。PMS能促进臭氧氧化降解酮洛芬,在一定实验条件下其促进率为58.6%。在对pH值研究中发现,初始pH值对两个体系降解酮洛芬均有明显的影响,pH值越高降解效果越好,同时研究发现降解过程中的pH变化随着反应进程推移不断降低。体系中同时存在O_3、·OH及SO_4~(·—),它们对酮洛芬降解的贡献率分别为4.35%、54.35%、41.30%,同时也对其中的机理进行了阐述。(2)在本章节中,主要目的集中在模拟太阳光下的臭氧光催化过程中环丙沙星(CIP)的降解机理研究,光催化材料由TiO_2与碳点(CDs)在一定比例下通过水热法合成制备。通过X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和zeta电位表征制备的光催化剂的物理化学性质。综合研究证明,臭氧光催化降解CIP的过程中通过产生大量的活性自由基(·OH,O_2~(·—),h~+,等)以达到去除有机物的效果。在pH实验研究中发现,光催化材料和CIP之间的排斥力随着pH的增加而增强,导致CIP在光催化材料上的吸附效果减弱,但同时羟基自由基(·OH)的生成速率也随之增强,最终两者之间实现平衡并达到最大降解速率。结果表明,臭氧光催化过程的增强机制是由CDs表面累积了光生电子,并随之被臭氧转移,导致h~+,O_3~(·—)和O_2~(·—)的连续生成。本文还利用了高分辨率精确质谱(HRAM)LC-MS/MS对反应过程中的中间产物进行了鉴定,提出了可能的臭氧光催化降解CIP的路径。
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703
【图文】：

图 1-1. PPCPs 在环境中的转移过程Fig. 1-1 Migration of PPCPs in the process（1）畜牧业的养殖废水和生活废水由于畜牧业中的养殖过程需要在食物中投放抗生素，以避免养殖动物之病传播。由于抗生素的广泛利用，通过直接投喂给动物的抗生素会有一大部用，导致有大量的抗生素未经降解处理直接以固体废物的形式排放进入环境另外，如人类排泄物一样，动物的排泄物中也存在着一部分未完全被体内消素，在雨季时会通过雨水流入地下水或地表水中，进而影响到水体生物和人（2）制药废水和医疗废水药厂和医院在生产和消耗药品的同时，也会产生大量含有 PPCPs 的废水有部分制药过程中的废料和未经使用的药物，以及医院中的过期药品和临床过程中的药品，会使大量的药品未经任何处理直接进入医疗废水当中[12,13]。此

图 2-1 单独 PMS、单独 O3和 O3/PMS 体系中酮洛芬的降解Fig. 2-1 Degradation kinetics of KET at PMS, O3 and O3/PMS systems.表 2-2 不同实验条件下酮洛芬降解的动力学方程Table 2-2 Pseudo-first-order kinetic model of ketoprofen degradation at different reactionprocesses过程 氧化剂 方程 R2O3[O3]= 2 mg/L y = (-2.9±0.108)10-2x 0.995PMS [PMS]= 1.5 mg/L1y = -0.000x 0.999O2/PMS 1:0.75 y = -0.000x 0.9991:0.5 y = (-3.7±0.113)10-2x 0.9911:0.625 y = (-3.8±0.130)10-2x 0.9941:0.75 y = (-4.6±0.186)10-2x 0.997

Reaction condition (k)/min-1pH=3 0.236pH=5 0.267pH=7 0.320pH=9 0.340pH=11 0.353图 3-7. 不同初始 PH 值下 6wt% TiO2/CDs 降解 CIP 的反应速率Fig. 3-7 Influence of initial pH on the degradation rate of CIP in photocatalyticozonation process by 6wt% TiO2/CDs0 5 10 15 20-6-5-4-3-2-10pH=3pH=5pH=7pH=9pH=11ln/CC0Time/ min

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 阎世江;翟海翔;张治家;;臭氧在农业中的应用研究进展[J];农业技术与装备;2018年01期

2 沈庆洲;;水产养殖中臭氧处理技术的应用探讨[J];科学中国人;2017年08期

3 罗自生;张莉;;臭氧处理对竹笋木质化及相关酶活性的影响[J];农业机械学报;2010年11期

4 徐威威;郑学玲;;臭氧处理对小麦粉色泽影响分析[J];粮食与饲料工业;2008年05期

5 杨绍艳;王文生;董成虎;;臭氧处理对磨盘柿采后生理生化变化的影响[J];华北农学报;2008年05期

6 ;低温、减压、臭氧处理保鲜冬枣[J];山西果树;2006年05期

7 本刊编辑部;日本开发臭氧处理废水的技术[J];膜科学与技术;2002年02期

8 王成刚,汤晓华,郑波,马u!;臭氧处理海水对小球藻的生理效应[J];水产学报;2001年02期

9 陈颖敏,赵英,李滨;臭氧处理循环冷却水[J];电力环境保护;1995年04期

10 徐寿昌;废水臭氧处理[J];化工进展;1986年02期

相关会议论文 前10条

1 林小雯;;医用臭氧的基础研究与临床应用[A];2016中国医师协会疼痛医师专业委员会年会资料汇编[C];2016年

2 李芸;傅志俭;;臭氧疗法的系列研究和临床应用——医用臭氧神经毒性分子机制的初步探讨[A];中华医学会疼痛学分会第十届学术年会论文集[C];2013年

3 张晔;冯春杨;黄骏;;臭氧处理生活污水的应用[A];中国工程物理研究院科技年报（2005）[C];2005年

4 乔勇进;王海宏;叶正文;仲伯扬;;臭氧处理对温州蜜柑果实贮藏品质的影响[A];中国柑橘科技创新与产业发展战略论坛暨中国柑橘学会2007年年会论文集[C];2007年

5 于杨;陆曦;沈丽娜;徐炎华;;臭氧处理对褐煤气化废水中有机物的影响研究[A];环境工程2017增刊2[C];2017年

6 武明亮;周连泉;王旭东;张文俊;杨丽华;张晓文;;臭氧处理泡沫去污废液中有机质的初步研究[A];中国核学会核化工分会成立三十周年庆祝大会暨全国核化工学术交流年会会议论文集[C];2010年

7 赵春晓;钱锋;王健;王培良;;臭氧与改良A~2/O工艺联用处理制药与生活混合水中试研究[A];2017中国环境科学学会科学与技术年会论文集（第二卷）[C];2017年

8 于瑞海;孔令锋;王昭萍;田传远;王如才;;臭氧处理海水对扇贝卵的孵化及幼虫生长的影响[A];中国动物学会、中国海洋湖沼学会贝类学分会第十次学术讨论会论文集[C];2001年

9 李勇;王培敬;丁铲;孟宪礼;巩报贤;韩健康;姜艳峰;;实验室废水智能收集和无菌化处理设备的研究[A];中国畜牧兽医学会兽医公共卫生学分会第三次学术研讨会论文集[C];2012年

10 姜红波;王则金;林启训;;臭氧处理对茶树菇低温贮藏品质影响的研究[A];2006福建省冷藏技术研讨会论文资料集[C];2006年

相关重要报纸文章 前9条

1 记者 张可喜;日本：臭氧处理废水效率高[N];新华每日电讯;2002年

2 ;利用臭氧处理不锈钢效果佳[N];中国冶金报;2003年

3 本报记者 汤璇;臭氧处理医疗废水值得推广[N];广东建设报;2007年

4 杨树明;日发明羊毛防缩臭氧处理法[N];中国纺织报;2001年

5 焦旭;用臭氧处理水力压裂废水[N];中国能源报;2012年

6 ;日本开发臭氧处理废水技术[N];中国机电日报;2002年

7 杨木;日本开发臭氧处理废水技术[N];大众科技报;2002年

8 记者 张可喜;日本开发臭氧处理废水技术[N];人民日报;2002年

9 本报记者 白晶;压裂废水如何处理？[N];中国能源报;2012年

相关博士学位论文 前10条

1 周显娇;超声—臭氧联合处理典型芳香类染料的效能及作用机制[D];哈尔滨工业大学;2018年

2 黄先锋;酸性条件下臭氧强化氧化缺电子芳香类和富电子胺类化合物的特性与机理[D];南京大学;2016年

3 朱磊;臭氧的固载机理及医用价值研究[D];武汉理工大学;2015年

4 肖家栋;石墨相氮化碳催化可见光—臭氧耦合矿化水体有机污染物的研究[D];中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所);2018年

5 王文生;臭氧保鲜果品的应用技术及作用机理研究[D];中国农业大学;2005年

6 王涛;液相羟丙基-β-环糊精/臭氧包络物氧化机理及应用研究[D];西南交通大学;2016年

7 王磊;无花果采后生理变化及其影响因素研究[D];河北农业大学;2012年

8 孙超;二氧化氯和臭氧对污染粮食中呕吐毒素DON产生的影响及消减控制研究[D];江南大学;2017年

9 雷利荣;化学浆制浆废水污染特性及催化臭氧深度处理研究[D];华南理工大学;2012年

10 李曼;生鲜面制品的品质劣变机制及调控研究[D];江南大学;2014年

相关硕士学位论文 前10条

1 李函博;紧凑型臭氧接触反应器优化研究[D];哈尔滨工业大学;2019年

2 曹琳;臭氧对鲜剥大蒜致腐霉菌抑制机理研究[D];西华大学;2019年

3 曾泳钦;基于臭氧的高级氧化技术降解环境中典型PPCPs的研究[D];广东工业大学;2019年

4 陈霞;低浓阔叶木浆臭氧漂白工艺及动力学研究[D];华南理工大学;2019年

5 陶倩;臭氧不同处理方式对呕吐毒素污染小麦的影响[D];武汉轻工大学;2018年

6 党中煦;活性炭负载金属氧化物催化臭氧降解木素衍生物的研究[D];华南理工大学;2019年

7 李文;麻织物臭氧漂白工艺及机理研究[D];江南大学;2019年

8 许云;脱氧雪腐镰刀菌烯醇臭氧降解过程细胞毒性评价及产物分析[D];江南大学;2019年

9 赵宸;臭氧胁迫诱导的水稻转录组变化的研究[D];辽宁大学;2018年

10 王俊;复合型金属催化剂的制备及臭氧催化氧化对抗生素的降解和机理研究[D];北京化工大学;2018年

本文编号：2786089