基于四氧化三钴激活类芬顿反应降解水体中抗生素类药物研究

来源 :阜阳师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xixiaoqiqi
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环境中的抗生素包括三环类药物以及磺胺类药物等,即使它们以微量存在也会对人体健康甚至整个生态系统构成严重危害。基于硫酸盐的高级氧化技术(SR-AOPs)具备较宽的p H适用范围、较强的氧化能力,对水中有机污染物的高效去除有重要作用。有多种催化方法可高效活化过氧一硫酸盐(PMS)产生SO4·-,其中四氧化三钴基催化剂在激活PMS去除有机污染物过程中表现出了低成本、低能耗等优势。因此,开发高效的高级氧化催化剂对消除环境污染物具有重要意义。本论文的主要工作如下:通过深度还原原始型四氧化三钴(P-Co3O4),成功地合成了具有丰富氧空位的超高活性的钴氧催化剂(DR-Vo-Co3O4)。DR-Vo-Co3O4活化PMS对赛庚啶(CYP)降解的速率常数为和5.9 min-1,是P-Co3O4的效果86倍。DR-Vo-Co3O4对其他存在的难降解有机污染物也同样展示了普遍适用性。一系列表征结果发现DR-Vo-Co3O4特殊的雕刻花状结构优化了过氧一硫酸盐(PMS)吸附能力并缩短了电子传递距离。氧空位的引入可有效调节DR-Vo-Co3O4表面电子状态,促进电子转移活化PMS。EPR和自由基鉴定实验证实,~1O2和O2?-对SD的降解起主要作用。除此之外,抗生素中三环类结构药物如赛庚啶(CYP)、阿米替林(AMI)、地氯雷他定(DES)、甲基氯雷他定(8-CHL)以及酮替芬延胡索酸(KF)等,也被用于评估硫酸盐基高级氧化技术体系活化PMS降解污染物的能力,降解速率常数最高可达6.9 min-1。同时还对上述三环类结构药物的分离技术进行了研究,一种以磁性Fe3O4为核,以CYP为模板分子的分子印迹聚合物(MMIPs)纳米复合材料的分离体系,用于高选择性地快速高效分离水中的三环类结构药物。对关键制备条件进行了系统优化。对MMIPs的结构、形貌和吸附行为进行了详细的探究。实验结果表明,所制备的MMIPs对三环类化合物具有较高的吸附容量、良好的选择性能和快速的反应动力学。MMIPs对CYP、AMI、DES、8-CHL和KF的最大吸附量分别为48.89、47.14、47.33、46.89和42.14 mg/g,由于印迹效应,其印迹层厚度约为10 nm,显著高于磁性非分子印迹聚合。合成的材料的印迹因子分别为4.74、5.63、5.69、6.91和5.68。同时,环境水样标准添加回收率大于94.77%,此外,由于材料中存在四氧化三铁,使得所制备的催化剂利于回收,避免对环境造成二次污染。因此,本项工作为制备丰富氧空位驱动的钴氧催化剂高效活化过氧一硫酸盐降解抗生素提供了新思路,同时三环类抗生素的选择性分离技术提供了潜在的实际应用价值。
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