Oxone降解水中典型磺胺药物的效果及机理研究

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抗生素因其抗菌效果好、作用快等特点,现已成为全球范围内用量大、使用广泛的药物。目前国内外已有诸多报道称在水厂出水及污水中均检测到有抗生素超标情况。而抗生素使用过量时会导致人体内产生耐药性,分泌紊乱,激素失衡等问题,因此水体中超标抗生素的去除已成为国内外水处理领域关注的热点。常规的水处理工艺很难有效去除水体中残留的抗生素,所以寻找一种高效的去除方法就显得尤为重要。单过硫酸氢钾复合粉,又称水王子(2KHSO5·KHSO4·K2SO4,Oxone),是一种复合型物质,目前国内外主要将其用作自来水厂中的消毒剂,鲜少有将Oxone作为氧化剂来进行研究报道。该论文采用Oxone对水体中磺胺甲噁唑(Sulfamethoxazole,SMX)进行降解研究。本实验研究了Oxone降解水中SMX的效果及机理,比较了5种不同氧化工艺(H2O2、KMn O4、Na Cl O、PMS和Oxone)对SMX的处理效果,采用直接和间接两种鉴别方式对Oxone氧化SMX过程中起作用的活性物质进行探究。考察了多种单因素(不同初始浓度SMX、不同初始p H、不同初始温度、不同初始浓度腐殖酸)对Oxone去除SMX效果影响。考察水体中不同初始浓度阴离子添加对SMX降解效果的影响时,先研究不同初始浓度的单个阴离子投加对Oxone氧化SMX的效果影响,后采用响应面曲线法综合研究了多种阴离子共存时该反应体系对SMX去除效果的影响。研究结果表明,Oxone单独氧化SMX效果相较实验中例举的其他氧化剂氧化效果更好,同时证实Oxone降解SMX过程中起氧化作用的活性物质是活性氯,且降解过程符合拟一级反应动力学。SMX降解率与SMX初始浓度呈负向相关;酸性和碱性条件下更有利于SMX的去除;随着初始温度的升高,PMS被热激活产生强氧化性自由基,促进SMX降解。根据阿伦尼乌斯方程计算得到反应体系中反应活化能为37.04k J·mol-1;腐殖酸会抑制SMX降解。考察不同初始浓度的单因素阴离子对SMX降解效果影响时发现:CO32-会抑制反应的进行;Cl-初始浓度的增加对SMX降解起到促进作用;SMX降解速率与NO3-浓度之间未出现明显的相关性;Br-抑制SMX降解。采用响应面曲线法探究4种阴离子共存时该体系对SMX降解效果并得到相关响应面模型方程,通过选用不同水质背景来验证该模型是否可行,误差5%以内,模型可行。本研究中对Oxone氧化体系中起作用的活性物质进行了深入探究,通过实验和仪器分析直观的得出该活性物质为活性氯,为Oxone降解SMX提供了较为全面系统的数据资料。并通过响应面曲线法的研究得到相关模型方程,为后续降解SMX提供了一定的指导意义。
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