论文部分内容阅读
近年来,药物作为一种新兴污染物引起了学术界和公众的广泛关注。随着检测技术的逐渐成熟,多种药物在河流、湖泊、地下水、沉积物以及土壤等环境介质中被检出。研究发现,药物连续不断的排放在环境中会造成“假持久性”。尽管浓度较低,但是长期暴露会造成潜在的环境风险,迫切需要开发相应的技术以有效控制药物污染。电催化臭氧技术(E-peroxone)是一种新型的高级氧化技术,该技术将碳-PTFE电极应用于臭氧氧化系统中,在阴极表面可以将臭氧氧气混合气体中的氧气原位转化为过氧化氢,显著提高催化降解效率。本文研究了电催化臭氧技术对单个典型药物和混合药物的降解性能,分析了主要影响因素,鉴定了典型药物的降解中间产物,并推测了降解机理。以典型药物布洛芬(IBU)和文拉法辛(VEN)为研究对象,研究了E-peroxone技术去除药物母体、溶液TOC以及毒性的效果。结果表明,E-peroxone技术对药物有较好的降解作用,可以在两小时内去除初始浓度为20 mg/L的文拉法辛和布洛芬溶液的有机碳和细菌毒性;降解动力学常数分别为kapp=14.9×10–3 s–1和kapp=22.5×10–3 s–1。研究了臭氧浓度、电流强度、溶液pH、电解质、水中天然有机物等因素对降解过程的影响。研究了布洛芬和文拉法辛经E-peroxone技术降解的中间产物。利用UPLC-Q-TOF鉴定了17种(消炎药布洛芬)和12种(文拉法辛)芳环中间产物,发现它们在15 min内被完全降解。利用HPLC鉴定并定量分析了3种酚类中间产物(1,2,4-苯三酚、对苯二酚、邻苯二酚)和5种小分子有机羧酸中间产物(甲酸、乙酸、草酸、丙酮酸、马来酸),发现这些中间产物也可以被全部去除。基于中间产物推测了布洛芬和文拉法辛在E-peroxone技术中的降解机理,降解过程中均经历了羟基化、脱甲基、开环反应生成大量小分子羧酸,最后降解为二氧化碳和水。由此可见,E-peroxone技术可以完全消除药物的环境风险。建立了同时检测水中6个类别的30种高风险药物的分析方法,应用E-peroxone技术研究了30种药物混合水溶液在不同条件下的协同降解效果,发现E-peroxone技术可以显著的提高羧酸类药物(如布洛芬、氯贝酸、苯扎贝特等)的降解动力学速率。分析了药物的结构参数对E-peroxone技术协同因子的影响,发现不同药物的协同因子与臭氧二级反应速率常数之间均呈现较好的线性相关性,建立了水中药物E-peroxone技术降解协同因子和结构参数之间的QSAR模型。