铁氧化物催化类Fenton反应降解抗生素磺胺的研究

摘要

磺胺类抗生素是我国生产和使用最多的抗生素之一，该类药物被使用后，大部分是以原形或者以代谢物的形式进入到环境中，进而使水体中能够检测到它们的残留。残留药物易对环境生态系统产生破坏，并且会导致耐药病原菌的出现，甚至可以通过食物链的富集，对人体健康产生危害。因此，近年来寻找一种有效方法去除残留在环境中的抗生素具有非常重要的意义。
　　目前国内外采用高级氧化技术处理抗生素废水的研究成为热点，其中，Fenton技术应用较多，它适合于去除难降解的有机污染物。目前，以铁氧化物作为催化剂，与双氧水构成类Fenton反应降解抗生素废水的研究还鲜见报道。本实验采用传统Fenton和以纳米铁氧化物为催化剂与H2O2构成类Fenton反应，进行抗生素磺胺的氧化降解研究，并考察磺胺初始浓度、催化剂投加量、H2O2浓度、溶液pH等对磺胺氧化降解过程的影响，确定降解动力学的最佳参数，明确降解产物，为治理抗生素的环境污染提供理论和技术支持。主要的研究内容、研究结果如下：
　　1、采用传统Fenton反应，以抗生素磺胺为目标降解污染物，单因素法考察了磺胺初始浓度、Fe2+投加量、H2O2浓度、初始pH值等因素对磺胺降解效果的影响。结果表明，Fenton反应降解磺胺的最佳反应条件为：磺胺初始浓度2 mg?L-1、H2O2浓度2.5 ml?L-1，0.1 mol?L-1硫酸亚铁的投加量10 ml?L-1、pH3.0、温度25℃，反应7 h时磺胺降解率为95.4％。
　　2、采用以赤铁矿为催化剂构成的类Fenton反应降解抗生素磺胺，单因素法考察了磺胺初始浓度、催化剂投加量、H2O2浓度、溶液pH等对磺胺氧化降解过程的影响。结果表明其最佳反应条件是：磺胺初始浓度2 mg?L-1、赤铁矿投加量1 g?L-1、H2O2浓度30 ml?L-1、pH3.6、温度25℃，反应72 h时磺胺的降解率为99.27%。在以赤铁矿为催化剂构成的类Fenton系统中加入不同浓度的无机阴离子，当加入Cl-、H2PO4-时对磺胺降解有明显的抑制作用，加入不同浓度的SO42-、NO3-之后对磺胺的降解几乎没有影响；向体系中加入无机阳离子如不同浓度的Na+、Mg2+后，对磺胺的降解基本没有影响；加入不同浓度的Mn2+、Cu2+后，磺胺的降解率受到抑制。当类Fenton体系中有富里酸存在时，磺胺的降解受到抑制。
　　3、采用高铁酸钾氧化降解抗生素磺胺，研究了高铁酸钾投加量、初始pH对磺胺降解的影响。研究表明，当反应液初始pH值为9.18，高铁酸钾与磺胺的摩尔比为40:1时，120 min后磺胺的降解率可达到97.8%。高铁酸钾的投加量和反应液初始pH值对磺胺的降解效果有显著的影响。磺胺的降解率随高铁酸钾投加量的增大而提高；反应液初始pH值的变化同时会对高铁酸钾的氧化性和稳定性造成影响，在pH值为9.18时，磺胺去除率最高。
　　4、采用LC-MS对磺胺的降解产物进行了分析，利用类Fenton降解磺胺的主要降解产物是4-硝基苯磺酰胺。磺胺的可能降解途径是铁氧化物催化类Fenton反应产生的?OH主要攻击磺胺分子上的对位氨基（–NH2），夺取对位氨基上的电子，氨基所带的电荷以单电子形式逐步转移，在强氧化剂作用下生成亚硝基；亚硝基不稳定，最终被氧化成硝基。但磺胺分子结构中的苯环未被打开，磺酰氨基也未被氧化。

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文献综述

1 磺胺类抗生素在环境中降解转化的研究进展

1.1 抗生素污染现状

1.2 抗生素在环境中的降解转化

1.3 抗生素污染处理方法

2 Fenton反应和铁氧化物催化类Fenton反应的研究进展

2.1 Fenton反应的研究进展

2.2 铁氧化物催化类Fenton反应的研究进展

1 引言

2 材料与方法

2.1 实验材料

2.1.1 药品与试剂

2.1.2 主要仪器设备

2.2 传统Fenton反应降解抗生素磺胺的试验

2.2.1 Fe2+浓度对磺胺降解率的影响试验

2.2.2 H2O2浓度对磺胺降解率的影响试验

2.2.3 初始pH值对磺胺降解率的影响试验

2.2.4 磺胺初始反应物浓度对磺胺降解率的影响试验

2.3 铁氧化物催化类Fenton反应降解抗生素磺胺的试验

2.3.1 铁氧化物类型对磺胺降解率的影响试验

2.3.2 磺胺初始反应物浓度对磺胺降解率的影响试验

2.3.3α-Fe2O3投加量对磺胺降解率的影响试验

2.3.4 H2O2浓度对磺胺降解率的影响试验

2.3.5 初始pH值对磺胺降解率的影响试验

2.3.6 水体中无机阴离子对磺胺降解率的的影响试验

2.3.7 水体中无机阳离子对磺胺降解率的的影响试验

2.3.8水体中富里酸对磺胺降解率的的影响试验

2.4 高铁酸钾氧化降解抗生素磺胺的试验

2.4.1 高铁酸钾投加量对磺胺降解率的的影响试验

2.4.2 初始pH值对磺胺降解率的的影响试验

2.5 测定方法与数据处理

2.5.1 磺胺类抗生素及降解产物的测定方法

2.5.2 数据处理

3 结果与分析

3.1 磺胺类抗生素的测定

3.1.1 色谱条件的确定

3.1.2 标准曲线的绘制

3.2 传统Fenton反应降解抗生素磺胺的影响因素研究

3.2.1 磺胺初始反应物浓度对磺胺降解率的影响

3.2.2 Fe2+浓度对磺胺降解率的影响

3.2.3 H2O2浓度对磺胺降解率的影响

3.2.4 初始pH值对磺胺降解率的影响

3.3 铁氧化物催化类Fenton反应降解抗生素磺胺的影响因素研究

3.3.1 铁氧化物类型对磺胺降解率的影响

3.3.2 磺胺初始反应物浓度对磺胺降解率的影响

3.3.3α-Fe2O3投加量对磺胺降解率的影响

3.3.4 H2O2浓度对磺胺降解率的影响

3.3.5 初始pH值对磺胺降解率的影响

3.3.6 无机阴离子对磺胺降解率的影响

3.3.7 无机阳离子对磺胺降解率的影响

3.3.8 富里酸对磺胺降解率的影响

3.4 高铁酸钾氧化降解抗生素磺胺的影响因素研究

3.4.1 高铁酸钾投加量对磺胺降解率的影响

3.4.2 初始pH值对磺胺降解率的影响

3.5 磺胺降解产物分析及降解途径

3.5.1类Fenton反应降解磺胺的产物分析与降解途径

3.5.2 高铁酸钾降解磺胺的产物分析与降解途径

4 讨论

5 结论

参考文献

致谢

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