不同纳米碳材料活化过硫酸盐降解磺胺甲恶唑的效能与机理

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磺胺类抗生素因其结构的稳定性和对环境的毒性,且有三致的危害而引起关注。基于纳米碳材料活化过硫酸盐高级氧化技术在处理有机微污染物中得到广泛的关注。以纳米碳材料为活化剂活化过硫酸盐降解有机污染物有着如不需要能量的输入,活化效率好,不会产生二次污染等一系列优点。因此,本研究基于此,探究了对不同纳米碳材料活化过硫酸盐效能的评价,不同水化学环境背景下对不同纳米碳材料活化降解磺胺甲恶唑效能的影响,对不同纳米碳材料活化过硫酸盐产生的不同的氧活性物种进行鉴定,对不同氧化体系下的磺胺甲恶唑的降解路径和中间副产物的定量分析以及对环境毒性评价,最后探究不同氧化体系在实际水体中对磺胺甲恶唑降解效能的影响。本研究的主要研究内容有:1、对不同纳米碳材料活化过硫酸盐降解效能的评价。其中对于SMX的去除率,O-CNT-1000@PMS体系在10 min对SMX的去除率达到99.2%,而另外两个体系对SMX在60 min内对SMX的去除率低于70%,其SMX的去除拟一级反应速率常数是另两个体系的19.79倍和30.85倍,同样PMS的消耗的拟一级反应速率也是O-CNT-1000@PMS最大。研究三个体系对SMX的矿化程度,同样O-CNT-1000@PMS对SMX的矿化程度最深。SMX的去除率,SMX去除的拟一级反应速率常数,PMS的消耗的拟一级反应速率常数,SMX的矿化率等都遵循:O-CNT-1000@PMS>AND-800@PMS>单独PMS。2、水化学环境背景(无机离子和p H)对不同氧化体系的影响和氧活性物质的鉴定。三个氧化体系在不同p H,无机离子(Cl-,HCO3-,HA)下对SMX的降解,其中p H对于O-CNT-1000@PMS体系,其SMX的k值都为中性大于酸性和碱性条件下,而对于另外两个体系,SMX的去除率和k值,碱性条件下大于酸性和中性条件。其中Cl-,HCO3-,HA对O-CNT-1000@PMS体系的影响最大,其推测O-CNT-1000@PMS体系为自由基体系,而另两个为非自由基体系。通过醇类猝灭和ESR实验相结合探究出,对于O-CNT-1000@PMS其氧化活性物质为SO4·-,AND-800@PMS中的氧化活性物质为~1O2,单独PMS中氧化活性物质为PMS自身氧化。3、三个氧化体系中SMX的降解路径和中间产物的定量分析。SO4·-,~1O2和PMS对SMX的降解表现出不同的降解路径,PMS氧化SMX主要是氧化SMX苯环上的氨基生成硝基和亚硝基副产物(4-NO2-SMX和4-NO-SMX),SO4·-对SMX的主要路径路径为磺酰基(-SO2-)的水解为磺酸基(-SO2H),次要路径为与PMS氧化SMX一致。~1O2对SMX的主要降解路径为磺酰基(-SO2-)与氨基(-NH-)的键断裂生成磺酰基(-SO2H),另一条路径为与PMS氧化一致。对其副产物4-NO2-SMX和4-NO-SMX进行定量分析其结果显示△[NOx-SMX]/△[SMX](其意义为氧化△的SMX产生的NOx-SMX的量)的大小为:PMS>~1O2>SO4·-。4、三个氧化体系的毒性评价和在实际水体中的应用。通过绿藻小球藻进行毒理实验分析发现,经三个氧化体系氧化后的SMX溶液的毒性小于未经处理的SMX溶液,经SO4·-处理SMX的溶液对小球藻的毒性小于~1O2处理,~1O2处理后的SMX毒性小于单独PMS处理。相比于另外两个氧化体系,SO4·-更适用于SMX在实际应用中SMX的降解。
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