UV/O3降解水中磺胺嘧啶的效能和机理研究

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抗生素在预防和治疗人类和动物疾病以及在养殖和农业都得到了广泛的应用。然而由于不合理的使用,在环境介质中,特别是水环境中不断的检测出了抗生素的存在。由于抗生素对人体以及生态环境存在着潜在的危害,因此,研究高效、经济的可用于去除水中抗生素的技术是非常必要的。本文选取单独臭氧工艺(O3)、单独紫外工艺(UV)和紫外联用臭氧工艺(UV/O3)对降解水中典型抗生素-磺胺嘧啶(SDZ)的降解效能进行了研究和对比,并且考察了关键因素对磺胺嘧啶降解速率的影响。经过10分钟的反应,O3能够有效的去除水中的磺胺嘧啶,UV工艺对磺胺嘧啶的去除效果不是很理想。提高气态臭氧浓度或者增加紫外强度会提高磺胺嘧啶的降解速率;增加磺胺嘧啶初始浓度会降低降解速率。溶液的p H值对O3工艺有着明显的影响,一方面p H值会改变臭氧与磺胺嘧啶的作用方式;另一方面p H值会影响磺胺嘧啶的解离状态从而影响其反应活性。对于UV工艺,溶液p H值主要是改变了磺胺嘧啶的离解状态进而改变了其光解活性。UV/O3工艺作为一种典型的高级氧化工艺,与单独工艺相比,不仅能够更高效的去除水中的磺胺嘧啶,同时也体现了两者协同作用。关键因素对UV/O3工艺降解磺胺嘧啶的作用规律与O3工艺相似。采用密度泛函理论(DFT)对磺胺嘧啶的分子构型进行了优化,得到了各个原子的电荷分布,进一步通过计算得到了各个原子的Fukui函数值,从而确定了磺胺嘧啶分子可能发生化学反应的位点;采用液相色谱-质谱/质谱(UPLC-MS/MS)技术对3种处理方式下的样品进行了检测,结合量子化学计算的反应位点,确定了反应过程中的中间产物,从而得到了磺胺嘧啶在三种处理方式下的降解途径。O3工艺降解磺胺嘧啶主要是通过O3分子的直接作用,从而引起S-N键的断裂和嘧啶环的开环反应;UV降解磺胺嘧啶主要是通过紫外光的直接作用,检测到了一种磺胺嘧啶的UV光降解产物,找到了一个磺胺嘧啶可能发生反应的新的位置;在UV/O3工艺中,羟基自由基(·OH)发挥着重要的作用,检测到了更多的中间产物,确定了磺胺嘧啶可能与·OH发生反应的3条途径。
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