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本课题以磺胺嘧啶、磺胺对甲氧嘧啶、磺胺甲恶唑三种典型磺胺类药物为研究对象,选用HPLC高效液相色谱及联吡啶法为分析方法,研究比较了FeCl3,TiO2,FeCl3/TiO2三种光催化体系对磺胺类药物的降解效果,探讨了影响Fe(Ⅲ)/TiO2体系光催化效果的主要因素,并初步研究了磺胺类药物在Fe(Ⅲ)/TiO2体系中的降解动力学以及Fe(Ⅲ)参与反应的强化机理。主要结论如下:
(1)FeCl3、TiO2、FeCl3/TiO2三种光催化体系均能对磺胺类药物产生不同程度的降解,而三种体系中,FeCl3/TiO2的降解效果要明显优于另外两种单成分体系,并且不仅仅是二者降解效果的简单叠加,而是体现出一定的协同性。
(2)磺胺类药物在Fe(Ⅲ)/TiO2体系的光催化降解受到以下因素的影响:初始底物浓度、Fe(Ⅲ)的初始投加量、pH、TiO2投加量等。磺胺类药物降解效果总体是随着其初始浓度增加而降低;FeCl3在本反应体系存在最佳投加量,FeCl3的最适投加浓度为1mmol/L,高于或低于该浓度均会造成磺胺类药物降解效果不同程度的降低;反应体系存在一个最适的pH范围,即3.0~3.5,超出或低于该范围均会影响磺胺类药物的降解效果;TiO2初始投加量也会在一定程度上对体系降解效果产生影响,TiO2在本反应体系中的最适投加量为1.0g/L,高于或低于该浓度均会造成磺胺类药物降解效果不同程度的降低。
(3)动力学研究表明,在磺胺类药物初始浓度为7~28mg/L范围内,磺胺类药物在Fe(Ⅲ)/TiO2体系的光催化降解表现为一级反应。分别对磺胺嘧啶、磺胺对甲氧嘧啶、磺胺甲恶唑的降解按照Langmuir-Hinshelwood动力学模式进行拟合,得到的方程分别为:
磺胺嘧啶:
磺胺对甲氧嘧啶:
磺胺甲恶唑:
(4)Fe(Ⅲ)在TiO2/FeCl3体系的反应量要多于单纯的Fe体系,较Fe体系多产生的那部分Fe(Ⅱ)是由于Fe(Ⅲ)捕获了表面所生成的光生电子被还原而成的。多参与反应的Fe(Ⅲ)对TiO2/FeCl3体系的光催化效果有明显的促进作用。在动力学研究表明,磺胺类药物在Fe(Ⅲ)/TiO2体系光降解过程中,Fe(Ⅲ)的反应遵循一级反应动力学规律,其反应速率与磺胺类药物的降解速率也呈线性相关,因此可采用一定的手段通过提高Fe(Ⅲ)的反应速率来提高磺胺类药物的降解速率。