γ辐照和超声空化降解水中磺胺嘧啶与四环素的研究

摘要

磺胺嘧啶(Sulfadiazine,简称SD)和四环素(Tetracycline,简称TC)作为抗生素一直被广泛应用于治疗和预防多种动物疾病以及促进动物生长,但磺胺嘧啶和四环素的滥用也导致了其在动物体内的蓄积和残留,引起人的过敏反应,同时也导致了人体内的病原菌耐药菌株不断增多等。废水中的残留抗生素使传统生物处理法很难达到预期的处理效果,因此有必要开发高效价廉的新型处理工艺。
　　本研究选择SD和TC两种新型污染物为研究对象,通过γ辐照和超声空化降解水中的SD和TC,研究了水中SD和TC的降解及其影响因素,同时,本研究引入量子化学计算理论,利用Gaussian软件,依据密度泛函理论(Density Functional Theory,DFT)在B3LYP/6-31G(d)水平下,对SD和TC的几何结构进行优化计算,通过计算出的电荷分布对SD和TC的反应机理进行推断,并通过LC-MS测定进行验证。
　　本研究所得结论主要有:(1)通过对水中SD的γ辐照降解的研究,得出:γ辐照可有效降解水中SD,低浓度SD在酸性条件下的辐照降解更为显著,降解过程遵循准一级反应动力学模型。添加H2O2可在一定程度上促进SD的γ辐照降解,加入Fenton试剂则显著提升SD的去除率。Na2CO3的加入会抑制SD的降解,添加CH3OH溶液,在低剂量下SD的降解受到明显的抑制,当剂量增大时,可促进SD的辐照降解。根据量化计算和LC-MS结果,探讨了SD的γ辐照降解机理。γ辐照降解水中SD主要是基于OH自由基的氧化过程及SD自身受到γ辐照的激发而降解。(2)系统研究了水中SD的超声降解,结果表明:超声可有效降解水中低浓度的SD,尤其在酸性条件下,超声降解更为显著,降解过程遵循准二级反应动力学模型。加入H2O2或TiO2可在一定程度上促进SD的超声降解,加入Fenton试剂则显著提升SD的去除率;CH3OH的加入明显抑制SD的降解。依据量化计算以及LC-MS测定结果,探讨了SD的超声降解机理。超声降解水中SD主要是基于-OH自由基的氧化过程及SD自身受到γ辐照的激发而降解。(3)γ辐照降解水中TC的研究结果表明:γ辐照可有效降解水中TC,在酸性和碱性条件下,TC降解效果均有明显提高。加入H2O2和Na2CO3在一定程度上可以促进水中TC的降解,γ辐照组合Fenton试剂可明显提高TC的去除率,CH3OH的添加则抑制水中TC的降解。根据量化计算和LC-MS结果,探讨了TC的γ辐照降解机理。γ辐照降解水中TC主要是基于.OH白由基的氧化过程。(4)深入研究了水中TC的超声降解,发现超声可有效降解水中低浓度的TC,尤其在碱性条件下,超声降解更为显著。加入H2O2、TiO2和Na2CO3在一定程度上都可以促进水中TC的降解,超声协同Fenton试剂可明显提高TC的去除率,CH3OH的添加则抑制水中TC的降解。依据量化计算以及LC-MS测定结果,探讨了TC的超声降解机理,揭示超声降解水中TC主要是基于·OH自由基的氧化过程。(5)相比较而言,在本研究实验条件下,60Co源γ辐照对水中SD和TC的降解效果要优于超声辐照。

目录

中文摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 磺胺嘧啶概况

1.2.1 磺胺嘧啶的理化性质

1.2.2 磺胺嘧啶的危害

1.2.3 磺胺嘧啶的国内外研究进展

1.3 四环素概况

1.3.1 四环素的理化性质

1.3.2 四环素的危害

1.3.3 四环素啶的国内外研究进展

1.4 γ辐照概况

1.4.1 γ辐照的原理

1.4.2 γ辐照的国内外研究进展

1.5 超声空化概况

1.5.1 超声空化的原理

1.5.2 超声空化的国内外研究进展

1.6 量子化学计算理论简介

1.6.1 量子化学计算理论

1.6.2 量子化学计算软件

1.6.3 量子化学参数在环境科学中的应用

1.6.4 量子化学计算的国内外研究进展

1.7 研究意义及主要内容

参考文献

第二章 γ辐照降解水中磺胺嘧啶的研究

2.1 引言

2.2 材料与方法

2.2.1 药品与仪器

2.2.2 实验方法

2.2.3 分析方法

2.3 结果与讨论

2.3.1 SD初始浓度对其γ辐照降解的影响

2.3.2 pH值对SD辐照降解的影响

2.3.3 γ辐照组合H_2O_2、Fenton试剂对SD的降解

2.3.4 γ辐照组合Na_2CO_3对SD的降解

2.3.5 γ辐照组合CH_3OH对SD的降解

2.3.6 γ辐照降解SD的机理推断

2.4 结论

参考文献

第三章 超声降解水中磺胺嘧啶的研究

3.1 引言

3.2 材料与方法

3.2.1 药品与仪器

3.2.2 实验方法

3.2.3 分析方法

3.3 结果与讨论

3.3.1 超声功率对SD降解效果的影响

3.3.2 SD初始浓度对超声降解的影响

3.3.3 pH值对SD超声降解的影响

3.3.4 超声组合H_2O_2、Fenton工艺对SD的降解

3.3.5 超声联合TiO_2对SD的降解

3.3.6 超声联合CH_3OH对SD的降解

3.3.7 超声降解SD的机理研究

3.4 结论

参考文献

第四章 γ辐照降解水中四环素的研究

4.1 引言

4.2 材料与方法

4.2.1 药品与仪器

4.2.2 实验方法

4.2.3 分析方法

4.3 结果与讨论

4.3.1 TC初始浓度对其γ辐照降解的影响

4.3.2 pH值对TC辐照降解的影响

4.3.3 γ辐照组合H_2O_2、Fenton试剂对TC的降解

4.3.4 γ辐照组合Na_2CO_3对TC的降解

4.3.5 γ辐照组合CH_3OH对TC的降解

4.3.6 γ辐照降解TC的机理研究

4.4 结论

参考文献

第五章 超声降解水中四环素的研究

5.1 引言

5.2 材料与方法

5.2.1 药品与仪器

5.2.2 实验方法

5.2.3 分析方法

5.3 结果与讨论

5.3.1 超声功率的TC降解效果的影响

5.3.2 TC初始浓度对超声降解的影响

5.3.3 pH对TC超声降解的影响

5.3.4 超声组合H_2O_2、Fenton工艺对TC的降解

5.3.5 超声联合TiO_2对TC的降解

5.3.6 超声联合Na_2CO_3对TC的降解

5.3.7 超声联合CH_3OH对TC的降解

5.3.8 超声降解TC的机理研究

5.4 结论

参考文献

第六章 总结与展望

6.1 主要结论

6.3 本文特色

6.4 不足与展望

作者简介

攻读硕士期间主要科研成果

致谢