CCl4增强超声降解典型喹诺酮类抗生素的实验研究

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抗生素是近年来出现的新型污染物,而传统的生物废水处理技术不能对其有效去除,造成了环境污染而引起人们关注。高级氧化技术一直是环境污染控制领域中的研究热点,而其中的声化学与化学试剂联用降解污染物鲜见报道,本文选择超声/CCl4协同体系针对使用量大、水环境中频繁检出、难生物降解的喹诺酮类抗生素进行降解。研究具体开展工作如下:  (1)考察 CCl4增强超声降解喹诺酮类抗生素环丙沙星的效果。通过·OH浓度的测定和异丙醇对反应的抑制情况探索环丙沙星的超声降解机理;采用UPLC/MS/MS方法对超声降解产物进行分析,初步解析环丙沙星的降解路径;最后考察了CCl4添加浓度、超声功率、溶液初始 pH值及环丙沙星初始浓度等因素对环丙沙星降解效果的影响。结果表明,CCl4增强了环丙沙星的超声降解,当反应液体积为100 mL,超声40 min时,随着CCl4添加百分比的增大(0~0.4%),环丙沙星的降解率由0.51%增至50.92%;增强作用主要在于·OH和一系列氯自由基的氧化作用;UHPLC/MS/MS分析发现,降解过程中生成8种产物,其中包括3种氯代产物,环丙沙星按照6种途径进行降解。影响因素结果表明,超声功率从130增加到195 W,降解率随着功率的升高而增大,继续增加功率195~325 W时降解率降低;pH值对环丙沙星的超声降解一级反应速率常数k的大小影响不大,k的变化趋势与环丙沙星在不同pH的形态分布相关。CCl4的添加浓度一定时,环丙沙星的降解率随其初始浓度的增大而降低。抗菌实验结果表明,CCl4可使环丙沙星完全失去抗菌活性。  (2)考察CCl4对超声降解喹诺酮类抗生素诺氟沙星的增强效果和抗菌性的去除,考察了CCl4体积分数、超声功率、溶液初始pH值、诺氟沙星初始浓度、NaCl等对降解效果的影响。并采用滤纸片法考察了诺氟沙星降解过程中的抑菌性的变化。结果表明,CCl4增强了超声降解诺氟沙星的效果,降解过程符合一级反应动力学。在反应液体积为250 mL,CCl4的添加百分比在0~0.16%(v/v),诺氟沙星沙星的去除率随CCl4体积分数的增加而增加,超声40 min,降解率由6.9%增加到67.37%。超声功率为260 W,降解率达到最高;pH值对诺氟沙星的超声降解影响很大,pH为6.60时一级反应速率常数k达到最大值27.19×10-3 min-1;CCl4体积分数一定,诺氟沙星的降解率随其初始浓度的增加而降低;NaCl降低了诺氟沙星的降解效果;大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌结果表明,超声/CCl4能够完全去除诺氟沙星的抗菌性。产物分析表明,诺氟沙星部分可被降解为新的产物,部分被完全矿化。  (3)考察CCl4增强超声降解喹诺酮类抗生素恩诺沙星的效果。考察了CCl4体积分数、超声功率、溶液初始pH值、诺氟沙星初始浓度、NaCl等对降解效果的影响。结果表明,与单独超声相比,CCl4能够有效增强恩诺沙星的超声降解。超声功率和pH存在最佳值;NaCl的存在会降低了诺氟沙星的降解效果;异丙醇的添加实验表明羟基自由基是主要活性物种。产物分析表明,恩诺沙星的降解过程中没有新的降解产物。本研究结果对喹诺酮类抗生素的降解具有一定的参考价值,为水体中难降解有机物的去除奠定了一定的基础。
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