【摘 要】
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土霉素(Oxytetracycline,OTC)是一种广谱抗菌药物,用途广泛,但因其化学稳定性好、生物降解率低、毒性大,会引起严重的环境污染问题。因此,土霉素问题亟待解决。沸石咪唑框架(ZIFs)是金属有机框架材料的一个子类,在分离、吸附、催化等领域发挥重要作用。ZIF-8是一种被广泛研究和应用的ZIFs,具有比表面积大,孔径大小可以调节,水热稳定性好等优点,在作为非均相催化剂方面具有潜在的应用价
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土霉素(Oxytetracycline,OTC)是一种广谱抗菌药物,用途广泛,但因其化学稳定性好、生物降解率低、毒性大,会引起严重的环境污染问题。因此,土霉素问题亟待解决。沸石咪唑框架(ZIFs)是金属有机框架材料的一个子类,在分离、吸附、催化等领域发挥重要作用。ZIF-8是一种被广泛研究和应用的ZIFs,具有比表面积大,孔径大小可以调节,水热稳定性好等优点,在作为非均相催化剂方面具有潜在的应用价值。本文通过简单搅拌法制备了ZIF-8,探究了ZIF-8对土霉素的吸附性能以及ZIF-8/VL体系对土霉素的降解效果,初步分析了土霉素可能的降解机理;并通过静电纺丝制备衬底膜,原位生长法合成了ZIF-8/PSF/TPU膜,对其进行了表征及光催化降解土霉素研究。主要研究结果及结论如下:(1)利用简单搅拌法制备了ZIF-8,并将其应用于吸附模拟废水中的土霉素。实验结果表明,在最佳的反应条件下,初始浓度为80 mg L-1的土霉素在240分钟内的去除率达到93.19%。通过吸附等温线拟合,ZIF-8对土霉素的吸附符合Freundlich等温吸附模型,说明ZIF-8对土霉素的吸附行为是多分子层吸附,并且吸附反应容易进行。通过吸附动力学研究,ZIF-8对土霉素的吸附行为可用伪二级动力学模型描述,拟合结果说明ZIF-8对土霉素的吸附行为是基于化学机制的,并且进一步证实,ZIF-8对低于80 mg L-1的土霉素有较好的去除效果。采用XRD、SEM、FTIR、XPS表征证明土霉素吸附于材料表面,并且表明土霉素和ZIF-8之间的π-π相互作用促进了吸附行为的发生。(2)ZIF-8作为催化剂,将其应用于在ZIF-8/VL体系降解模拟废水中的土霉素。实验结果表明,在最佳反应条件下,ZIF-8/VL体系在45分钟内实现20 mg L-1土霉素的基本去除;当土霉素初始浓度增加到80 mg L-1时,105分钟实现土霉素去除率达到90%,说明该体系具备反应效率高的优点。经过四个周期的循环试验,ZIF-8对土霉素仍然具有较好的去除效果,说明ZIF-8具有较好的稳定性和回收利用性。采用XRD、SEM、FTIR、XPS表征证实了ZIF-8/VL体系的降解机理,ZIF-8/VL体系是ZIF-8将土霉素吸附到表面,经VL照射激发活性自由基,通过电子转移和/或去氢的活性自由基反应,降解去除污染物。通过高效液相色谱-质谱联用仪分析土霉素的降解产物,鉴定了6种代表中间产物,进一步揭示了土霉素降解过程包括去甲基化、脱羰、羟基化。(3)采用静电纺丝法制备PSF/TPU膜,并通过CA测试和SEM表征确定最佳衬底膜,该膜的纺丝溶液最佳比例为TPU:PSF=40:60,最佳静电纺丝条件为:纺丝电压25 k V,固定喷丝头和接收板的间距为15 cm,用微量注射泵调整纺丝液流量为1.0 m L h-1,纺丝时间为12 h。采用原位生长法制备ZIF-8/PSF/TPU膜,采用SEM、ATR-IR、XPS、AFM表征证实了MOF膜的成功制备。制备得的最佳膜ZPT-3在1 h内能实现对10 mg L-1土霉素40%的去除效果。采用SEM、ATR-IR、XPS、AFM表征反应后的ZPT-3膜,结果说明反应后的ZPT-3膜表面的ZIF-8有所损失,但内部结构保持稳定。
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