水质条件对光催化降解医药类物质卡马西平的影响研究

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随着社会发展和科学技术的进步,各种药品逐渐进入人们的日常生活,在带给人们健康的同时也留下了安全隐患。那些未被吸收的药品会随着污(废)水的排放进入到各种水环境中,进而对水环境和生态系统造成不良影响;另外,药物可通过食物链富集进入人体,从而影响人体健康。作为一类“新型”的环境污染物,药物活性化合物(Pharmaceutical Active Compounds,PhACs)已成为环境领域研究的热点和难点之一,研发一项操作简单、能耗低、无二次污染而且对有机污染物高效降解的光催化氧化技术将会对水体中PhACs的彻底去除带来希望。目前光催化降解水体中PhACs的研究多数停留在实验室研究,采用人工配水考察分析相关的影响因素,对于实际水体中水质条件的影响研究则较少。卡马西平(CBZ)作为一种频繁使用的典型PhACs代表,因其难生物降解而不能被常规工艺所去除。因此,论文以CBZ作为研究对象,考察实际水体中的固体悬浮物(SS)、无机盐(IS)以及溶解性有机物(DOM)等对光催化降解效果的影响,主要研究成果如下:(1)采用水热合成法制备了复合光催化剂ZnIn2S4/TiO2,利用X射线衍射、比表面积及孔径分析仪、紫外-可见漫反射光谱、扫描电镜以及X荧光光谱等手段对催化剂进行表征分析。结果表明,TiO2的复合并没有改变ZnIn2S4的晶型结构,但催化剂表面形貌发生了改变;TiO2的加入提高了催化剂对紫外光的响应,略微降低了对可见光的吸收能力;XRF测定结果表明复合催化剂相比于纯ZnIn2S4,元素S占比下降但In和Zn的比例却升高;BET测试表明ZnIn2S4/TiO2的孔容和孔径都有所增大。(2)实际污水厂旋转滤池过膜水的试验研究确定ZnIn2S4与TiO2的最佳复合比为17:10,ZnIn2S4/TiO2的最佳投加量为0.06g/800mL(75mg/L)。在碘镓灯光照下,四种水样(浐河水、污水厂二沉池、旋转滤池以及消毒池出水)中SS、IS、DOM对CBZ光催化降解去除的影响试验发现,三种水质参数对CBZ的光催化降解均起到不同程度的抑制作用,水中CBZ的光催化降解遵循一级反应动力学;在去除水中的DOM、SS以及IS后,浐河水样的速率常数从0.0639min-1增至0.1324min-1,CBZ的半衰期缩短了一半,三种参数对CBZ降解的影响程度排序为DOM>IS>SS。对污水处理厂的三种水样而言,CBZ的光解速率常数从0.0307min-1提高到0.1506min-1,三种水质参数的影响程度为IS>DOM>SS。太阳光照射下,水样中DOM、IS以及SS也会对CBZ的光催化降解产生抑制作用,浐河原水光照反应240min后CBZ的降解率为32.85%,但在去除DOM、SS以及IS后光照反应210min时CBZ的降解率可达100%。(3)考察水体中的Cl-、SO42-、NO3-以及腐殖酸对CBZ的光催化降解,发现Cl-、SO42-、NO3-及腐殖酸浓度的增大对CBZ光解的抑制效应越显著;低浓度的NO3-对CBZ的光解起促进作用,继续增加浓度后CBZ的光降解速率增加变缓,甚至抑制光反应的进行。论文工作有效地揭示了实际水体水质参数对光催化氧化降解CBZ效果的影响程度,为水体中PhACs的光解去除奠定了理论研究基础,对光催化氧化降解水体中难降解有机物的实际应用具有一定的指导意义。
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