恩诺沙星在水体-蒙脱石体系中的光解和吸附过程及Cu(Ⅱ)的影响机制

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随着工业、农业以及水产养殖业的迅速发展,抗生素和重金属在水体中的检出频率越来越高,且共同污染的情况日益普遍。进入水体后的抗生素会发生一系列非生物的光解和吸附行为,对其最终归趋及生物有效性产生巨大影响。为了探究水体中抗生素的光解和吸附行为,以及共存重金属对这一过程的影响,本课题研究选取恩诺沙星(ENR)和Cu(Ⅱ)为目标污染物质,分析ENR在水体-蒙脱石体系中的光降解和吸附过程,以及Cu(Ⅱ)的影响机制。主要内容包括:ENR在水溶液以及蒙脱石表面的光降解机理、环境单因素对降解的影响,以及Cu(Ⅱ)对这一过程的影响机制;蒙脱石对ENR的吸附机理、环境单因素对吸附的影响,以及Cu(Ⅱ)存在时吸附效率及机制的变化。研究的主要内容和结论如下:首先,探讨了水体中ENR的光降解。结果表明,光照能够有效降解水溶液中的ENR,通过影响因素实验确定了环境因素对降解的影响及优化的降解条件;通过自由基捕获及产物分析发现,水体中ENR主要发生自敏化光解,~1O2,·OH,·O2-和e-都参与了其中,而且以·OH和·O2-为主导作用,但是降解产物较少,且降解途径较为单一;Cu(Ⅱ)的存在对ENR的降解作用是先抑制后促进,因为体系中生成的Cu(OH)2能够与ENR竞争光子,所以抑制了ENR的降解。而通过对络合物和Cu(Ⅰ)的表征,证实体系中配体-金属电荷转移(LMCT)机制的存在,从而出现高浓度Cu(Ⅱ)的存在促进ENR光降解的情况。其次,探究了混合体系中ENR的吸附。结果表明,蒙脱石对ENR有着良好的吸附性能,能够快速吸附溶液中的ENR;通过影响因素实验对吸附影响因素进行了探究,并优化了吸附条件;通过吸附热力学的分析发现,蒙脱石对ENR的吸附更符合Freundlich模型,说明蒙脱石对ENR的吸附为本身的非均匀性导致的多分子层吸附;Cu(Ⅱ)的存在对ENR吸附起先促进后抑制的影响,且Cu(Ⅱ)浓度越大,抑制作用就越强,主要由于在低浓度情况下,Cu(Ⅱ)在体系中起到了类似桥接的作用,为体系中的ENR提供了更多的结合位点,促进了ENR的吸附;而随着Cu(Ⅱ)浓度的升高,络合物浓度提升,占据了ENR单体在蒙脱石表面的吸附位点,且大分子络合物的存在会产生空间位阻,导致高浓度Cu(Ⅱ)抑制了ENR的吸附。最后,探讨了混合体系蒙脱石表面ENR的光降解。通过对不同的蒙脱石颗粒物进行XRD表征,证实了ENR在蒙脱石晶内空间中发生光降解的可能性,而且因为光照下蒙脱石能够产生活性自由基,ENR的降解速率被加快;通过降解产物分析证实,混合体系中既有直接光解,也存在自敏化光解,且以自敏化光解为主导。ENR在混合体系中的降解产物种类更为丰富,说明降解途径较多;Cu(Ⅱ)的存在对ENR的降解是先抑制后促进,通过表征同样证实了体系中LMCT机制的存在。
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