磷酸化铁酸钴磁性石墨烯去除水中氟喹诺酮类抗生素的研究

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氟喹诺酮类抗生素(Fluoroquinolone antibiotics,FQs)作为药物及个人护理品被广泛用于人类及动物因细菌感染引起的疾病的治疗。近些年,随着FQs消耗量的不断增加,其可通过地下水、地表水、医院污水等多个途径释放入水文环境中,致使水中耐抗生素病原体增加,威胁生态环境和人类健康,与FQs有关的风险越来越受到全世界的关注。为了有效去除环境水体中的FQs,本文采用微波辅助法制备磷酸功能化磁性石墨烯(PG@Co Fe2O4),将其作为吸附剂用于吸附去除六种常见FQs。其次以PG@Co Fe2O4为催化剂,研究其对恩诺沙星(ENR)的降解效果。具体的研究内容如下:(1)以阿仑膦酸作为改性剂,通过微波辅助法合成了性能良好的磷酸化磁性石墨烯(PG@Co Fe2O4),利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶转换红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱技术(XPS)、X射线衍射仪(XRD)、振动试样磁力计(VSM)等表征技术对材料进行相应的形态分析。将其作为吸附剂用于吸附水中的环丙沙星(CIP)、恩诺沙星(ENR)、司帕沙星(SPA)、丹诺沙星(DAN)、左氧氟沙星(LEV)、氟罗沙星(FLE)。实验结果表明,当FQs初始浓度为10.0 mg/L,投加量为20.0 mg,p H值为4.0时,30 min内6种目标物的去除率最高可达到95.5%以上。较高的Cl-对吸附有轻微的抑制作用,HCO3-、SO42-和腐殖酸的存在几乎不影响吸附过程,而吸附效率则随着Cr3+和Cu2+浓度的增加而下降。动力学符合准二级动力学模型,等温线符合Freundlich模型。吸附机制包括氢键作用、π-π作用、静电作用和磷酸基络合作用等。将PG@Co Fe2O4应用于两种实际水样中FQs的吸附研究,吸附率均在89.6%以上。(2)将微波辅助法合成的磷酸化磁性石墨烯(PG@Co Fe2O4)作为催化剂,活化过一硫酸盐(PMS)降解ENR。实验结果表明,当ENR的浓度为1.0 mg/L,PG@Co Fe2O4和PMS的投加量为15.0 mg和2.0 mmol/L时,在较宽p H范围内ENR的降解效率均较理想。同时,通过共存物质影响因素实验得出,随着Cl-、HCO3-、HPO42-浓度的增加,ENR的降解率呈正增长;腐殖酸对ENR的降解略有抑制;金属离子Cu2+对降解稍有抑制,而Cr3+促进ENR的降解过程。其次,自由基猝灭实验证明了SO4·-在体系中发挥主要作用。催化剂PG@Co Fe2O4经过五次回收利用后,对ENR的降解率仍可达88.4%,表明本实验合成的材料具有良好的稳定性,为重复利用提供了可能。最后,利用三重四级杆超高效液相色谱质谱联用仪检测降解过程中产生的中间产物,以此推测出可能的降解路径。
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