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磺胺甲基噁唑(SMX)是一种广谱性抗生素,广泛用于人类和动物的细菌感染。因此,近年来,在各种水体中均已检测到SMX的存在,成为水体中的一种新型污染物。虽然水体中SMX浓度低,仍会影响人体健康和生态系统的平衡。例如,SMX会诱导细菌产生耐药性和耐药基因,SMX对人体具有致癌性。传统的废水处理技术对SMX的效果差。因此,需要探索出一种SMX高效降解的工艺技术。
目前,基于过硫酸盐的高级氧化技术(AOP)广泛应用于水体中SMX降解。该技术主要利用氧化性强的SO4-?降解污染物。过硫酸盐在常温下无法产生SO4-?,需要经过活化。纳米零价铁激活过硫酸盐技术方法操作简单和反应条件温和,成为活化过硫酸盐的一种高效方法。然而,化学法制备的纳米零价铁很容易发生团聚,影响SMX的降解效果,因此,需要对纳米零价铁进行改性。
本文采用银杏叶提取液合成纳米零价铁(GB-nZVI),研究了GB-nZVI激活过硫酸盐(PS)的技术降解水中的SMX。采用SMX、FTIR、XRD、XPS技术对GB-nZVI反应前后的材料进行表征。研究了PS浓度、不同体系、温度、pH、SMX浓度对GB-nZVI激活PS降解SMX的影响,确定SMX降解的最佳条件。同时,研究了腐植酸(HA)的存在,对SMX降解的影响。甲醇和叔丁醇作为淬灭剂,确定了GB-nZVI激活PS的体系在不同环境中的起主导作用的自由基。探讨了GB-nZVI激活PS的机理。主要研究结论如下:
(1)表征结果表明成功的制备了GB-nZVI,且颗粒分散均匀,具有良好的稳定性和分散性。银杏叶提取液中的黄酮类化合物和多酚等物质作为GB-nZVI的稳定剂。反应后的GB-nZVI团聚现象明显,其表面有铁的氧化物和铁的氢氧化物,表明GB-nZVI发生了氧化反应。
(2)在相同的实验条件下,GB-nZVI/PS,Fe2+/PS,Fe3+/PS这三种体系对SMX的降解率为85.59%、56.16%和23.11%,发现GB-nZVI/PS降解SMX的效果最好。然而,在0-5min内,Fe2+激活过硫酸盐降解SMX的速率最快。这是因为刚开始Fe2+浓度大,可以在短时间内会产生大量的SO4-?,降解SMX的速率快。
(3)实验结果表明降解SMX的最佳条件为:PS的浓度为4mmol/L,GB-nZVI的投加量为0.01g,pH的值为3,SMX的浓度为10mg/L,温度为303K,SMX的降解率为85.59%。升高温度,降低pH值,有利于GB-nZVI激活PS降解水体中SMX。HA的存在抑制了SMX的降解。动力学研究表明:SMX的降解过程符合拟一级动力学模型。
(4)通过淬灭实验表明,GB-nZVI激活PS降解SMX的体系中存在SO4-?和OH?。在pH<7的条件下,SO4-?对SMX的降解起主导作用;在pH=7的条件下,SO4-?和OH?共同降解SMX。在pH>7的条件下,OH?对SMX的降解起主导作用。
(5)GB-nZVI激活PS的机理为:少量的GB-nZVI通过电子转移方式直接激活PS产生SO4-?;GB-nZVI通过腐蚀缓慢的向溶液中释放Fe2+,Fe2+进行激活PS。SO4-?的产生主要依赖Fe2+激活PS。
目前,基于过硫酸盐的高级氧化技术(AOP)广泛应用于水体中SMX降解。该技术主要利用氧化性强的SO4-?降解污染物。过硫酸盐在常温下无法产生SO4-?,需要经过活化。纳米零价铁激活过硫酸盐技术方法操作简单和反应条件温和,成为活化过硫酸盐的一种高效方法。然而,化学法制备的纳米零价铁很容易发生团聚,影响SMX的降解效果,因此,需要对纳米零价铁进行改性。
本文采用银杏叶提取液合成纳米零价铁(GB-nZVI),研究了GB-nZVI激活过硫酸盐(PS)的技术降解水中的SMX。采用SMX、FTIR、XRD、XPS技术对GB-nZVI反应前后的材料进行表征。研究了PS浓度、不同体系、温度、pH、SMX浓度对GB-nZVI激活PS降解SMX的影响,确定SMX降解的最佳条件。同时,研究了腐植酸(HA)的存在,对SMX降解的影响。甲醇和叔丁醇作为淬灭剂,确定了GB-nZVI激活PS的体系在不同环境中的起主导作用的自由基。探讨了GB-nZVI激活PS的机理。主要研究结论如下:
(1)表征结果表明成功的制备了GB-nZVI,且颗粒分散均匀,具有良好的稳定性和分散性。银杏叶提取液中的黄酮类化合物和多酚等物质作为GB-nZVI的稳定剂。反应后的GB-nZVI团聚现象明显,其表面有铁的氧化物和铁的氢氧化物,表明GB-nZVI发生了氧化反应。
(2)在相同的实验条件下,GB-nZVI/PS,Fe2+/PS,Fe3+/PS这三种体系对SMX的降解率为85.59%、56.16%和23.11%,发现GB-nZVI/PS降解SMX的效果最好。然而,在0-5min内,Fe2+激活过硫酸盐降解SMX的速率最快。这是因为刚开始Fe2+浓度大,可以在短时间内会产生大量的SO4-?,降解SMX的速率快。
(3)实验结果表明降解SMX的最佳条件为:PS的浓度为4mmol/L,GB-nZVI的投加量为0.01g,pH的值为3,SMX的浓度为10mg/L,温度为303K,SMX的降解率为85.59%。升高温度,降低pH值,有利于GB-nZVI激活PS降解水体中SMX。HA的存在抑制了SMX的降解。动力学研究表明:SMX的降解过程符合拟一级动力学模型。
(4)通过淬灭实验表明,GB-nZVI激活PS降解SMX的体系中存在SO4-?和OH?。在pH<7的条件下,SO4-?对SMX的降解起主导作用;在pH=7的条件下,SO4-?和OH?共同降解SMX。在pH>7的条件下,OH?对SMX的降解起主导作用。
(5)GB-nZVI激活PS的机理为:少量的GB-nZVI通过电子转移方式直接激活PS产生SO4-?;GB-nZVI通过腐蚀缓慢的向溶液中释放Fe2+,Fe2+进行激活PS。SO4-?的产生主要依赖Fe2+激活PS。