抗生素-铜络合物的光催化降解研究

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随着环境中抗生素与金属污染增多,环境中抗生素与重金属共存形成复合污染的机率不断提高,尤其是常用的四环素类、磺胺类和喹诺酮类抗生素。抗生素结构中含有许多如羧基、羟基、氨基等的电子供体基团和N、O、S等的杂原子,可与缺失电子的金属离子发生复合作用。抗生素与金属形成的复合污染物带来新的环境问题。为了有效去除这种复合污染物,需要进一步探究复合污染物的处理技术。本文选取四环素(TC)、磺胺二甲基嘧啶(SMT)、环丙沙星(CIP)及金属离子铜(Cu2+)为研究对象,研究可见光催化技术处理抗生素-Cu络合物的可能性和机制。利用溶剂热法制备了光催化降解效果良好的Bi2Mo O6/Bi2S3光催化材料,以TC及金属离子铜为目标物,研究可见光下其对TC-Cu光催化降解性能的影响。考察了Bi2Mo O6与Bi2S3质量比、溶液的初始p H、TC初始浓度及TC与Cu2+摩尔比对TC-Cu降解效果的影响。通过自由基捕获实验探明了Bi2Mo O6/Bi2S3光催化降解TC和TC-Cu过程的主要活性自由基;通过HPLC-MS对降解产物进行检测,探究降解路径及机理。结果表明,与纯TC相比,TC-Cu络合物中的TC的降解率更高,中性条件有利于络合物中TC的光催化降解;Bi2Mo O6与Bi2S3质量比为3/1(MS-0.3)异质结催化活性最强;TC浓度为10 mg/L,光催化反应60 min后,TC的降解率和矿化率分别为85.63%和61.82%;同样条件下,对于TC与Cu2+摩尔比为2/1的TC-Cu络合物,由于络合物的生成促进其降解,其降解率和总有机碳去除率发生变化,分别为88.24%和52.94%。活性基团捕获实验的结果表明,在可见光催化降解过程中起主要作用的活性基团是·O2-。利用小球藻生长抑制率实验评估了光催化降解过程的毒性,生长抑制率实验结果表明TC和Cu2+对小球藻的生长抑制有协同作用;与TC的降解过程相比,TC-Cu络合物光催化反应过程没有产生毒性更强的产物。采用溶剂热法合成花状Bi OCl/Ti O2异质结催化剂,研究了可见光下其对TC-Cu络合物的光催化降解。考察了溶液p H、TC初始浓度及TC与Cu2+摩尔比对降解效果的影响。结果表明:与纯TC相比,TC-Cu络合物中的TC的降解率更高,中性条件有利于络合物中TC的光催化降解;Bi OCl/Ti O2对于TC浓度为20 mg/L,光催化降解60 min后,TC的降解率和矿化率分别为84.21%和47.49%。同样条件下,对于TC和Cu2+摩尔比为2/1的TC-Cu络合物,由于络合物的生成促进其降解,其降解率和总有机碳去除率发生变化,分别为89.14%和40.10%。利用小球藻对降解产物的毒性进行评价,发现TC与Cu2+对小球藻生长抑制表现出协同作用,初始TC-Cu络合物对小球藻的生长抑制高于TC;但是,TC-Cu降解产物生长抑制率较纯TC降解产物降低。以Bi OCl/Ti O2异质结为光催化材料,磺胺二甲基嘧啶(SMT)、环丙沙星(CIP)及金属离子铜为研究对象,考察了溶液p H、SMT/CIP初始浓度及抗生素与Cu2+摩尔比对SMT-Cu/CIP-Cu络合物降解性能的影响。结果表明:SMT-Cu/CIP-Cu络合物的形成对SMT和CIP的降解有抑制作用。中性条件有利于SMT-Cu/CIP-Cu络合物中SMT和CIP的降解。在p H=7、SMT浓度为10 mg/L,SMT的降解去除率和矿化率分别为89.81%和23.80%;SMT和Cu2+摩尔比为1/1时,络合物的生成抑制了SMT降解,SMT-Cu中SMT的降解去除率为75.89%,矿化率较低,仅有6.21%;相同条件下在p H=7、CIP浓度为10 mg/L、CIP和Cu2+摩尔比为2/1时,和CIP-Cu中CIP的降解去除率为99.83%,矿化率为21.46%,纯CIP的降解去除率和矿化率分别为98.78%和28.20%,利用小球藻对降解产物的毒性进行评价,发现Cu2+能够增强SMT和CIP对小球藻的生长抑制,降解SMT-Cu和CIP-Cu过程中产生的小分子产物与原液相比抑制率降低。
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