三种高级氧化体系中氟喹诺酮类抗生素的降解及其机理研究
发布时间：2020-10-30 11:11
氟喹诺酮类抗生素(fluoquinolones,FQs)作为一类常用的药物及个人护理用品(pharmaceuticals and personal care products,PPCPs),被广泛应用于人类及动物的疾病治疗当中。而环境中残留的微量FQs可能会给人类及环境带来潜在的危害。高级氧化技术(advanced oxidation processes,AOPs)可以产生大量的具有氧化能力的活性物质,作用于环境中微量有机污染物的降解与矿化。本论文研究了三种典型FQs:环丙沙星(ciprofloxacin,CIP)、洛美沙星(lomefloxacin,LOM)和加替沙星(gatifloxacin,GAT)分别在UV/chlorine体系、Fe(Ⅲ)-DSC/H_2O_2和LDH-GO/PMS体系中的降解及其机理,旨在深入探求AOPs处理水中FQs的新方法。1.研究了UV/chlorine体系中CIP的降解及其机理。研究结果表明,与UV和dark chlorine体系相比,UV/chlorine体系促进了CIP的降解,其10 min降解效率可达100%。CIP在UV/chlorine体系中的降解主要归因于活性物质的攻击。通过淬灭实验和竞争动力学实验,计算得出水合电子(e_(aq)·),羟基自由基(HO·),氯自由基(Cl·)和UV光降解的相关贡献率。在中性条件下,CIP降解具有较高的伪一级反应速率常数,其值约为7.4×10~-33 s~(-1)。其中e_(aq)·的相关贡献率最高,其次是Cl·、HO·和UV光降解。在多种活性物质的协同作用下,UV/chlorine体系可以使22.3%的CIP矿化。通过识别CIP降解过程中的无机产物、中间产物及消毒副产物,CIP的降解路径被推测。通过CIP降解产物的总有机氯及生物毒性的表征发现,60 min降解产物的毒性最低。将本体系引入真实水体中,结果发现UV/chlorine体系可以有效降解真实水体中的CIP。2.引入柠檬酸亚锡二钠(Disodium stannous citrate,DSC)作为类芬顿体系的络合剂,研究了LOM在Fe(Ⅲ)-DSC/H_2O_2类芬顿体系中的降解及其机理。研究结果表明,随着Fe(Ⅲ)-DSC和H_2O_2的浓度提高,LOM的降解速率加快。Fe(Ⅲ)-DSC/H_2O_2体系在酸性条件下对LOM的降解效率最高,可以达到89.9%。在中性条件下,LOM的降解效率约为81.7%。通过淬灭实验可知,降解过程中起主要作用的活性物质为超氧负离子自由基(O_2·~-)与HO·,体系中部分Fe(Ⅲ)被Sn(II)还原为Fe(II),部分Fe(Ⅲ)-DSC络合物与H_2O_2反应生成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)的转化。Fe(II)与H_2O_2反应产生的HO·作用于LOM降解。通过竞争动力学实验计算可知LOM与HO·的二级反应动力常数k_(LOM-HO·)约为5.5×10~9 M~(-1).s~(-1)(R~2=0.90)。在60 min降解后,LOM脱氟率可以达到17.9%,脱氮率可达到14.3%。LOM在Fe(Ⅲ)-DSC/H_2O_2体系中的降解路径被推断。3.合成了钴铁镍三元水滑石(layered double hydroxide,LDH)与氧化石墨烯(graphene oxide,GO)的复合材料LDH-GO,研究了GAT在LDH-GO/PMS中的降解及其机理。由于三种不同金属元素的协同效应,LDH-GO在催化过程中表现出优异的催化性能。45 min内,GAT在LDH-GO/PMS体系中可被完全降解。GAT的5小时矿化率与脱氟率分别为55.5%与78.0%。运用叔丁醇(TBA)和甲醇(MeOH)进行淬灭实验证明,体系中对GAT降解和矿化起主要作用的自由基为硫酸根自由基(SO_4·~-)。GO大量的表面官能团有效地将金属元素固定,酸性条件下,LDH-GO的金属溶出率仅为LDH的32.6%。在LDH-GO/PMS体系中,碱性条件下GAT的降解速率要高于中性及酸性条件下的降解速率,主要是由于OH~-对LDH-GO结构的保护作用和OH~-对PMS的活化作用。在降解过程中,一系列氧化还原反应使LDH-GO复合材料保持高效催化性,同时LDH-GO作为催化剂具有良好的稳定性和可重复利用性。
【学位单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X703
【部分图文】：
图 1.1 氟喹诺酮类抗生素进入环境的途径Fig 1.1 Routes of introduction of fluoquinolones into the environment近年来，研究者们在多地水厂和自然环境中检测出了微量浓度的 FQ012）报道了在北京某污水处理厂的污水进流、二级出流和污泥中分别3 ±241 ng.L-1, 1013 ±218 ng.L-1和 18.4±0.9mg.kg-1的 FQs[4]。Golet 等（了瑞士某污水处理厂进流与二级出流中的 FQs 浓度分别为 255-568 n106 ng.L-1[5]。Miao 等（2004）报道了加拿大的 8 个污水处理厂均检测
图 2.1 小型光化学反应器示意图Fig 2.1 The diagram of the bench-scale photochemical apparatus究 UV、darkchlorine 和 UV/chlorine 体系中 CIP 的降解，阴离因素以及在地表水和污水厂出流中的应用时，CIP 浓度设定为 20.0mM 磷酸盐缓冲液来调节溶液 pH。在不同的反应时间取即用 20μL 浓度为 10.0mM 的 Na2S2O3淬灭。为了识别降解产（totalorganiccarbon，TOC）和总有机氯（totalorganicchlorine中 CIP 和 NaClO 浓度设定为 100.0 μM 和 1.0 mM，并将反应in。为了评估降解产物的毒性，将 240 min 内不同反应时刻的抗坏血酸进行淬灭，从而对样品进行生物毒性分析。所有实验方法的浓度采用配置二极管阵列检测器的高效液相色谱仪（high pomatograph，HPLC，1260 Infinity，Agilent，USA）检测。检
图 3.8 Fe(III)-DSC/H2O2体系降解机理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体系中 NB 的降解与 kLOM- HO 拟合（内图）。实验条件：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
【参考文献】
本文编号：2862392
【学位单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X703
【部分图文】：
图 1.1 氟喹诺酮类抗生素进入环境的途径Fig 1.1 Routes of introduction of fluoquinolones into the environment近年来，研究者们在多地水厂和自然环境中检测出了微量浓度的 FQ012）报道了在北京某污水处理厂的污水进流、二级出流和污泥中分别3 ±241 ng.L-1, 1013 ±218 ng.L-1和 18.4±0.9mg.kg-1的 FQs[4]。Golet 等（了瑞士某污水处理厂进流与二级出流中的 FQs 浓度分别为 255-568 n106 ng.L-1[5]。Miao 等（2004）报道了加拿大的 8 个污水处理厂均检测
图 2.1 小型光化学反应器示意图Fig 2.1 The diagram of the bench-scale photochemical apparatus究 UV、darkchlorine 和 UV/chlorine 体系中 CIP 的降解，阴离因素以及在地表水和污水厂出流中的应用时，CIP 浓度设定为 20.0mM 磷酸盐缓冲液来调节溶液 pH。在不同的反应时间取即用 20μL 浓度为 10.0mM 的 Na2S2O3淬灭。为了识别降解产（totalorganiccarbon，TOC）和总有机氯（totalorganicchlorine中 CIP 和 NaClO 浓度设定为 100.0 μM 和 1.0 mM，并将反应in。为了评估降解产物的毒性，将 240 min 内不同反应时刻的抗坏血酸进行淬灭，从而对样品进行生物毒性分析。所有实验方法的浓度采用配置二极管阵列检测器的高效液相色谱仪（high pomatograph，HPLC，1260 Infinity，Agilent，USA）检测。检
图 3.8 Fe(III)-DSC/H2O2体系降解机理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体系中 NB 的降解与 kLOM- HO 拟合（内图）。实验条件：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
【参考文献】
相关期刊论文 前1条
1 吴健;熊振湖;;UV/Fenton法对诺氟沙星的降解与矿化[J];天津城市建设学院学报;2008年04期
本文编号：2862392
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huanjinggongchenglunwen/2862392.html
