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近年来,喹诺酮类抗生素已经成为兽药和医药领域使用最为广泛的抗生素之一。如何有效地去除废水中的抗生素污染已经成为亟待解决的难题。过渡金属氧化物非均相激活过硫酸盐降解废水中抗生素的处理技术因其无需额外能量、pH适用范围广泛和氧化能力强等优点,成为潜力巨大的高级氧化技术。有鉴于此,本研究开展了利用合成的铁铜复合氧化物空心球来活化过硫酸盐(PS)去除氧氟沙星(LVF)的研究。旨在提供一种行之有效的废水中抗生素的处理方法,阐明过硫酸盐的活化机理,同时分析、推断氧氟沙星可能的降解途径。主要研究结论如下:(1)通过低温液相法合成了Cu2O空心球前驱体,并对其进行了铁负载。随后在马弗炉中高温600℃焙烧,制备出Fe1.9Cu44空心球(Fe1.9Cu444 hollow sphere,FCHS)材料。将Cu2O空心球前驱体于马弗炉中高温600℃焙烧,制备出铜氧化物空心球(CuxO hollow sphere,CHS))材料。采用SEM、TEM、XRD、XPS、FT-IR等手段对催化剂的表面形貌及结构特征进行表征。研究发现CHS和FCHS为粒径0.5-2um左右的空心球结构,铁均匀地负载在球体表面。其中铜的存在形式为CuO和Cu2O,铁的存在形式为Fe2O3。FCHS催化剂中Fe3+和Fe2+分别占Fe元素总量的80.11%和19.89%;Cu2+和Cu+分别占Cu元素总量的61.67%和38.33%。(2)通过降解实验研究了不同催化体系(FCHS+PS、CHS+PS)对氧氟沙星的去除效能。FCHS复合金属氧化物空心球非均相催化过硫酸盐降解氧氟沙星的反应体系去除效果最好,240 min反应时间内,氧氟沙星的去除率达到90%。对比单纯吸附和氧化体系对氧氟沙星的去除效率(PS氧化体系3.40%;CHS吸附体系12.48%;FCHS吸附体系17.92%),可以看出去除效果主要来自于催化剂对PS的非均相催化,且铁负载后的催化剂FCHS对PS的活化性能最优。(3)以FCHS+PS反应体系去除1L初始浓度为5 mg/L的氧氟沙星溶液,得到了最佳实验参数:反应体系最佳的催化剂投加量为0.4g/L,最佳氧化剂投加量为5 mmol/L,氧氟沙星去除率最高到达了95%。反应体系在较为广泛的pH范围(39)具有良好的降解效果。研究发现,共存阴离子(CO32-、PO43-)对FCHS+PS体系的催化降解性能均有不同程度的抑制作用。当反应体系中存在5mmol/L CO32-和PO43-时,降解效率分别下降至70%和55%。可见PO43-对氧氟沙星降解抑制作用较强。(4)对FCHS+PS/LVF反应体系进行了自由基淬灭实验,并采用电子顺磁共振技术(EPR)测定了反应体系的自由基。结果表明FCHS+PS反应体系中的自由基包括SO4·-和·OH,SO4·-在催化降解反应过程中起主导作用。通过催化剂回用和离子溶出实验,研究了FCHS催化剂的循环回用性和稳定性。结果表明,催化剂经4次循环回用后,FCHS+PS体系对氧氟沙星的去除效率仍然可以达到85.95%,催化剂展现出了优良的可回用性。FCHS催化剂溶出金属离子测定结果表明,Cu溶出为0.4 mg/L,未检测到Fe溶出。所制备的催化剂性质稳定。(5)FCHS催化剂反应前后的XPS表征结果表明,Cu和Fe是FCHS催化剂表面活化PS产生SO4·-的主要活性位点。SO4·-来自于催化剂表面的非均相催化。·OH的产生除了来自Cu(Ⅲ)与H2O反应之外,还可以源自于SO4·-的转化。Fe、Cu的协同效应体现为Fe、Cu之间的电子转移过程,使高价态金属转化为对PS活化能力更强的低价态金属,从而加速了催化剂对PS的激活。催化剂中的Cu(Ⅰ)/Cu(Ⅱ)和Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)会不断循环,直至将PS完全消耗为止。(6)飞行时间质谱(LCMS-IT-TOF)对氧氟沙星降解中间产物测定结果表明,FCHS+PS非均相催化体系降解氧氟沙星可能分为以下三条路径。途径(Ⅰ):氧氟沙星及其降解中间产物通过,羧化、脱氢、脱羧以及甲基化等方式完成大分子向小分子的转化。途径(Ⅱ):氧氟沙星及其降解中间产物被反应体系中的自由基氧化,通过裂解、化学断裂或环破裂的方式进行降解。途径(Ⅲ):SO4·-和·OH可能会进攻LVF,通过去甲基作用、脱羧和去哌嗪基作用,完成氧氟沙星向小分子转化的过程。