微波無極紫外燈直接光降解去除水中抗生素恩諾沙星機(jī)理研究.pdf

1、微波無極燈光降解技術(shù)具備快速、高效、實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，已被成功用于去除水相中多種有機(jī)污染物。目前該方法研究主要集中在微波無極燈與氧化劑、催化劑聯(lián)用工藝去除污染物方面，而對(duì)微波無極紫外燈直接光降解有機(jī)物研究較少。當(dāng)前抗生素濫用問題嚴(yán)重，抗生素物質(zhì)已進(jìn)入各類水體，引起一系列環(huán)境問題，危害人類健康，亟需開發(fā)出高效的工藝去除水中的抗生素類污染物。本論文提出利用新型紫外光源微波無極燈直接光降解去除水中氟喹諾酮類抗生素恩諾沙星(ENRO)，利用光源發(fā)

2、射的真空紫外光(185nm)和高強(qiáng)度遠(yuǎn)紫外光(254nm)對(duì)ENRO進(jìn)行光化學(xué)降解，研究從溶解氧(DO)和初始pH兩個(gè)影響因素入手，系統(tǒng)考察了低濃度(5mg L-1)和高濃度(50mg L-1)ENRO在不同微波無極燈光降解(MW/UV)體系中降解效能與反應(yīng)機(jī)理，通過對(duì)降解過程中間產(chǎn)物的檢測(cè)，提出了ENRO在MW/UV過程中的降解歷程。同時(shí)研究了ENRO與Fe(Ⅱ/Ⅲ)的螯合行為及其對(duì)MW/UV過程降解ENRO效能影響。研究結(jié)果如下:<

3、br>　　(1)在酸性(pH=3.0)條件下，MW/UV體系能夠高效降解水相中高濃度(50mg L-1)ENRO。在O2，Air和N2氛圍下，ENRO光化學(xué)降解受DO影響較小，降解過程符合準(zhǔn)一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程，其反應(yīng)速率常數(shù)k分別為0.095min-1(O2)、0.075min-1(Air)和0.083min-1(N2);而在三種氣體氛圍條件下DO對(duì)MW/UV礦化能力影響很大，在O2，Air和N2氛圍下的TOC去除率分別為70.3％，6

4、1.7％和46.6％，表明DO參與ENRO的礦化過程。MW/UV體系降解ENRO過程中檢測(cè)到14種芳環(huán)降解中間產(chǎn)物、4種有機(jī)酸（草酸、草氨酸、富馬酸及甲酸）以及無機(jī)產(chǎn)物(F-、NH4+、NO3-)，氣體氛圍對(duì)ENRO降解中間產(chǎn)物的生成具有很大影響;在此基礎(chǔ)上提出ENRO在MW/UV體系中的三種主要降解途徑:(i)氟溶劑化(fluorine solvolysis)，(ii)羥基化(hydroxylated)和(iii)乙基哌嗪側(cè)鏈醛基化(

5、piperazinyl aldehyde)。
　　(2)在中性(pH=7.0)條件下，MW/UV體系也能夠高效降解水相中高濃度(50mg L-1)ENRO。溶液的DO及初始pH對(duì)MW/UV降解水相中ENRO效果有不同影響。在pH=2.0-10.0區(qū)間，ENRO降解速率在pH=2.0-5.0范圍內(nèi)呈現(xiàn)O2＞Air＞N2的規(guī)律;而在pH=6.0-10.0范圍內(nèi)呈現(xiàn)N2＞Air＞O2的規(guī)律，這與ENRO的兩性離子態(tài)有關(guān)。而在pH=2.0

6、-10.0區(qū)間，MW/UV的礦化能力均表現(xiàn)為O2＞Air＞N2，在中性條件和O2氛圍條件下，TOC去除率最高可達(dá)到46.5％。MW/UV體系降解ENRO過程中也檢測(cè)到4種有機(jī)酸（草酸、草氨酸、富馬酸及甲酸）以及無機(jī)產(chǎn)物(F-、NH4+、NO3-)，氣體氛圍對(duì)ENRO降解中間產(chǎn)物的生成具有很大影響。對(duì)低濃度(5mg L-1)ENRO的降解研究發(fā)現(xiàn)不同氣體氛圍均能有效降解ENRO，在光解進(jìn)行5min后ENRO去除率均達(dá)到90％以上。低濃度條

7、件下陰離子(NO3-、SO42-、Cl-、CO32-和HCO3-)對(duì)降解有不同影響，濃度為5mg L-1時(shí)，除Cl-以外其余均對(duì)ENRO降解過程有一定的促進(jìn)作用;濃度為10mg L-1時(shí)，CO32-和HCO3-對(duì)ENRO降解過程有所促進(jìn)，其余陰離子對(duì)ENRO的降解過程則表現(xiàn)出抑制作用;濃度為15mg L-1時(shí)，Cl-與CO32-對(duì)ENRO降解過程幾乎無影響，SO42-和HCO3-表現(xiàn)為促進(jìn)作用，NO3-表現(xiàn)出一定的抑制作用。
　　

8、(3)氣體氛圍與初始pH對(duì)微波無極燈光降解過程機(jī)理影響較大，通過分析各體系生成的H2O2情況發(fā)現(xiàn):溶液DO含量升高，H2O2生成濃度提高，酸性條件也有利于H2O2生成，在O2氛圍和pH3.00條件下H2O2生成濃度最高，達(dá)到41.3μM;中性條件下O2氛圍條件中H2O2生成濃度最高，達(dá)到38.3μM;利用自由基捕獲劑手段的方式驗(yàn)證MW/UV反應(yīng)機(jī)理，結(jié)果表明在不同DO條件下，MWUV光解純水過程在加入四種·OH捕獲劑后，在N2氛圍條件下

9、生成H2O2濃度明顯降低，而O2和Air氛圍中H2O2含量則呈明顯升高。MWUV光降解ENRO過程中加入多種捕獲劑后，ENRO降解速率均有所減慢，速率常數(shù)由0.095min-1變?yōu)?.057min-1(叔丁醇Tert-butanol)，0.042min-1（異丙醇2-propanol），0.031min-1(甲醇Methanol)和0.019min-1(正丁醇N-butanol)，這表明MWUV降解ENRO過程中·OH起到很大作用。

10、r>　　(4)ENRO與Fe(Ⅲ)發(fā)生螯合作用，螯合會(huì)抑制ENRO在MW/UV中光降解。ENRO濃度、Fe(Ⅲ)濃度及溶液pH值均會(huì)影響二者的螯合效果，確定最佳螯合比為[ENRO]∶[Fe(Ⅲ)]=1∶1。在0.1mM[Fe(Ⅱ/Ⅲ)]條件下（O2，pH=3.0）ENRO溶液的降解速率k分別降低至0.056min-1(R2=0.996)和0.048min-1(R2=0.990)，并且在不同F(xiàn)e(Ⅱ/Ⅲ)濃度條件下，DO與初始pH對(duì)MW/