铁炭微电解法处理青霉素和磺胺类抗生素废水的研究

发布时间：2017-08-08 10:31

  本文关键词：铁炭微电解法处理青霉素和磺胺类抗生素废水的研究

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【摘要】：抗生素是一类常见的抗菌药物,已被广泛地应用于医疗、畜牧和养殖业中。近年来,随着市场需求的增加,抗生素产量也不断提高,而伴随着生产和使用产生的高浓度抗生素废水的处理问题,则成为了大家关注的焦点和难点。因此,研究抗生素废水的有效处理技术具有重要的意义。本研究采用铁炭微电解法处理抗生素废水。首先,以还原性铁粉和活性炭粉为原料,混合一定量的添加剂,采用高温焙烧制备了一种新型的铁炭复合材料。实验以某一磺胺类抗生素(磺胺甲基嘧啶)为处理对象,分别考察了铁炭质量比、铁炭含量(占总质量百分比)及焙烧温度对抗生素去除率的影响,并得到了最佳制备条件,即铁炭比为1:1,铁炭百分比为80%,焙烧温度为900oC。而且扫描电镜(SEM)及BET比表面积检测结果显示,新制备的材料为多孔材料,孔径小且比表面积大,有利于污染物的去除。目前,实际工程中仍主要采用传统的铁屑-活性炭物理混合堆积物作为微电解材料,因此本研究采用一定浓度的阿莫西林(AMX)、氨苄青霉素(AMP)和青霉素G钠(PG)溶液作为模拟废水,通过静态试验研究了铁粉-活性炭粉组合材料对三种抗生素的去除情况。首先考察了反应时间、初始pH、铁炭质量比及曝气对铁粉-活性炭粉组合材料去除三种青霉素的影响。然后通过对照试验,分析了铁炭微电解的反应过程。结果表明,微电解反应是一个复杂的过程,主要包含电化学作用、氧化还原作用和混凝吸附作用,其中Fe3+的混凝作用约占21.8%。最后对比了铁粉-活性炭粉组合材料及新型铁炭复合材料对三种抗生素的去除效果,发现复合材料的去除效果明显优于铁粉-炭粉材料。为了进一步探讨铁炭复合材料在微电解法中处理抗生素废水的特性,实验以一定浓度的磺胺甲基嘧啶(SM1)、磺胺甲恶唑(SMX)和磺胺对甲氧嘧啶(SMT)溶液作为模拟废水,通过单因素影响试验得出了其最优反应条件。在初始pH为2,温度为25oC,材料投加量为1g/mL,持续曝气8小时后,SM1、SMX和SMT去除率分别达到了83.0%、65.8%和75.6%。通过SM1去除率变化情况和废水中无机离子的浓度变化趋势,以及液相色谱-质谱联用法(LC/MS)产物结果分析,推测了铁炭微电解法降解磺胺类抗生素的反应机理,其主要反应途径之一可能为抗生素SM1中的S-N键断裂释放出S、N原子。综上所述,新型铁炭复合材料有较好的物理性质,相比于传统的铁粉-炭粉混合材料,其多孔结构具有更明显的优势。而且在抗生素废水的处理中,铁炭微电解法具有较好的处理效果,且经济实用,操作简单。
【关键词】：铁炭 微电解 抗生素 青霉素 磺胺
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X787
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-24
• 1.1 课题来源与研究背景10
• 1.1.1 课题来源10
• 1.1.2 研究背景10
• 1.2 抗生素概述10-13
• 1.2.1 抗生素的使用现状10-11
• 1.2.2 水环境中抗生素的来源及分布11-12
• 1.2.3 残留抗生素对环境的危害12-13
• 1.3 抗生素废水的处理现状13-14
• 1.3.1 物化处理法13
• 1.3.2 生物处理法13-14
• 1.3.3 电化学法14
• 1.3.4 高级氧化法14
• 1.4 铁炭微电解法的研究现状14-21
• 1.4.1 铁炭微电解法的原理14-16
• 1.4.2 铁炭微电解法在水处理中的应用现状16-19
• 1.4.3 铁炭微电解法在水处理中的优缺点19-20
• 1.4.4 铁炭微电解法的发展方向20-21
• 1.5 研究的目的及内容21-22
• 1.6 技术路线22-24
• 第2章 复合型铁炭微电解材料的制备24-32
• 2.1 引言24
• 2.2 实验材料24-25
• 2.2.1 化学试剂24-25
• 2.2.2 实验仪器25
• 2.3 实验方法25-26
• 2.3.1 铁炭材料的制备25-26
• 2.3.2 单因素影响实验26
• 2.4 结果与讨论26-31
• 2.4.1 单因素影响的研究26-29
• 2.4.2 铁炭材料的表征29-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第3章 铁炭微电解法对三种青霉素类抗生素的降解研究32-46
• 3.1 引言32
• 3.2 实验材料32-34
• 3.2.1 实验用水32-33
• 3.2.2 化学试剂33
• 3.2.3 实验仪器33-34
• 3.3 实验方法34-35
• 3.3.1 实验步骤34
• 3.3.2 分析方法34-35
• 3.4 结果与讨论35-45
• 3.4.1 传统铁炭材料去除青霉素的影响因素分析35-41
• 3.4.2 铁炭微电解反应体系的分析41-42
• 3.4.3 传统铁炭材料与新型复合材料的对比实验42-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第4章 铁炭微电解法对三种磺胺类抗生素的降解研究46-64
• 4.1 引言46
• 4.2 实验材料46-49
• 4.2.1 实验用水46-47
• 4.2.2 化学试剂47-48
• 4.2.3 铁炭材料48
• 4.2.4 实验仪器48
• 4.2.5 试验装置48-49
• 4.3 实验方法49-51
• 4.3.1 实验步骤49
• 4.3.2 分析方法49-51
• 4.4 铁炭微电解法的影响因素分析51-57
• 4.4.1 反应时间的影响51-52
• 4.4.2 铁炭填料投加量的影响52-53
• 4.4.3 反应温度的影响53-54
• 4.4.4 初始pH值的影响54-55
• 4.4.5 曝气条件的影响55-57
• 4.5 铁炭微电解法降解磺胺机理初探57-62
• 4.5.1 pH变化的分析57-58
• 4.5.2 TOC、TN浓度变化的分析58-59
• 4.5.3 无机离子浓度变化的分析59-60
• 4.5.4 降解中间产物（SM1）的分析60-62
• 4.6 本章小结62-64
• 第5章 结论与展望64-66
• 5.1 结论64-65
• 5.2 展望65-66
• 参考文献66-72
• 作者在攻读硕士学位期间所取得的科研成果72-74
• 致谢74-75

【参考文献】

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本文编号：639546