环境因素和不同水基质条件对四环素光催化降解的影响研究

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残留在水体的抗生素对水生生物和人类健康具有严重的危害。本论文在前人研究光催化降解抗生素的基础上,模拟实际水体的复杂情况,选取典型的四环素(Tetracycline,TC)作为目标物,氧化锌(ZnO)作为催化剂,研究重金属、曝气以及不同水基质条件下TC的降解规律,论文主要研究结论如下:(1)重金属Cu(Ⅱ)共存时在光照120 min内,TC降解效果可达91%;p H 3?9范围内,Cu(Ⅱ)存在时的TC降解速率快于无Cu(Ⅱ)存在时的TC降解速率;无论是否有Cu(Ⅱ)存在,腐殖酸(Humic acid,HA)共存均会对TC降解产生抑制;圆二色光谱(Circular dichroism,CD)表明Cu(Ⅱ)作为桥离子形成Cu(Ⅱ)?TC表面络合物,促进TC降解;LC/MS揭示TC和TC+Cu(Ⅱ)降解产物和途径之间存在明显差异,且Cu(Ⅱ)共存时TC中间体的降解速率快于无Cu(Ⅱ)共存时的降解速率。曝气时TC去除率高达98%,未曝气时的TC降解效果仅74%;p H 3?9内曝气的TC降解效果高于未曝气时的效果。(2)不同水基质中TC降解规律:无曝气时TC纯水>TC江水>TC海水的降解效果,曝气时三种水体中TC的降解效果都大幅度增加;不同浓度的Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)对同种水体中TC的降解有不同程度促进或抑制作用,同浓度的Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)对不同水体中TC降解作用不同;纯水中HA对TC的光敏化低于光屏蔽作用,海水中HA的光敏化作用更明显,江水中HA对TC降解产生抑制;丙酮在纯水中促进TC降解,海水中抑制TC降解,江水中浓度大时促进TC降解,较低时抑制TC降解;pH 3?9内海水中降解效果低于纯水,江水中TC的降解趋势完全不同于海水与纯水;海水中NO2?和NO3?对TC降解产生抑制作用。(3)不同水基质中TC降解产物及途径不同:纯水中TC由开环、官能团去除和氧化反应三种途径降解,江水中TC由羟基化、脱水、脱甲基化和脱氨四种途径进行,海水中TC由羟基化、差向异构化、脱甲基化、脱水和氧化五种反应进行;CD表明纯水中TC在降解过程中二级结构易被催化剂破坏,江水和海水中TC与水中其他物质结合易生成稳定的产物,间接阻碍TC自身构象的改变;TOC表明TC纯水>TC江水>TC海水的矿化效果,TC在江水与海水中更易生成副产物影响矿化效率且可能带有危害。总之,重金属共存和曝气以及三种不同水基质中TC的降解规律存在明显差异。本论文的研究可为光催化处理实际环境水体中抗生素提供有价值的理论参考,有利于进一步揭示抗生素在实际环境水体中的迁移转化规律。
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