抗生素与金属复合污染物的毒性分析及其光催化降解研究

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随着水环境体系中抗生素与金属污染的增多,环境中抗生素及重金属离子协同污染的机率不断提高,尤其是常用的四环素类、磺胺类和喹诺酮类抗生素。抗生素的结构中含有许多电子供体基团(羧基、羟基、氨基等)和杂原子(N、O、S等),可与缺失电子的金属离子发生复合作用。抗生素与金属形成的复合污染物带来新的环境问题。为了更好控制这种复合污染物,需要进一步研究常用抗生素与金属的复合及其毒性变化,寻求复合污染物的处理方法。本文以四环素类抗生素(四环素、金霉素)、喹诺酮类抗生素(氧氟沙星、诺氟沙星)、磺胺类抗生素(磺胺甲恶唑、磺胺二甲基嘧啶)六种抗生素及金属离子铜、锌为对象,运用红外、紫外和圆二色谱等技术研究抗生素与金属离子产生复合物的机制。考察了金属离子浓度、溶液pH、共存阴离子、腐殖酸等对抗生素与金属复合的影响。结果表明:这六种抗生素与金属铜、锌都能产生复合作用形成复合物;水体环境中金属离子含量高,易与抗生素复合;在碱性溶液中(pH大于8),六种抗生素与金属易复合;阴离子有利于抗生素与金属离子的复合;腐殖酸影响抗生素与金属复合物的形成,但腐殖酸浓度在20mg/L-100mg/L下对金属与抗生素复合物没有影响;这几种抗生素与金属形成复合的顺序为四环素类≥喹诺酮类≥磺胺类,与锌离子相比,铜离子易与抗生素复合。以小球藻为受试生物,实验了抗生素与金属及它们不同摩尔比复合物的毒性。用小球藻生长曲线的抑制率和小球藻急性毒性(EC50),对抗生素、金属及其复合物的毒性和混合体系联合毒性进行评估。结果表明:与原抗生素相比,抗生素与金属复合物的毒性增强,复合作用导致毒性的改变,对毒理产生影响。采用光催化降解技术处理抗生素及其与金属的复合物,比较了四环素、金霉素、诺氟沙星、磺胺甲恶唑、磺胺二甲基嘧啶及其与金属的复合物的光催化氧化效率。结果表明:催化剂浓度1g/L,氧氟沙星初始浓度为0.1g/L,溶液的pH为7,250w金卤灯下反应180min后,氧氟沙星的去除率为90.94%。氧氟沙星与金属铜、锌复合物的去除率为49.82%和84.11%。四环素、金霉素、诺氟沙星、磺胺甲恶唑、磺胺二甲基嘧啶与铜、锌离子的复合物较对应抗生素光催化降解去除率分别下降约 20%、15%、40%、50%、3%、12%和 2%、5%、9%、6%、4%、7%。说明金属离子与抗生素形成复合物后会抑制抗生素的光催化降解。
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