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目的：磺胺类抗生素在海河流域畜牧养殖业中的大量使用。药物活性化合物在人体或牲畜体内并没有完全代谢，而是由体内分泌或排泄出，产生的抗生素残留和耐药细菌向环境中释放，高水溶性导致在地表水中的浓度升高，增加了出现多种耐药动物病原体的风险，由于磺胺类药物有高的生物毒性而具有很高的生态风险。在传统降解方法中，吸附法仅将污染物从水相转移到了固相，并没有真正地降解。生物法生物降解周期长，不能达到良好降解效果。高级氧化技术反应过程易控制，稳定性高，其中光催化降解占有更高优势。部分研究表明?OH，?O2-以及中间体自由基能有效的降解污染物,但具体的降解产物以及降解反应机理仍有待研究。本研究基于高级氧化技术的TiO2光催化法,以磺胺(SA)、磺胺醋酰(SAC)、磺胺甲噁唑(SMX)为磺胺类抗生素的代表药物进行光催化降解理论研究，为实际生活中降解磺胺类抗生素的研究工作指明方向。
方法：通过分子模拟技术，使用密度泛函理论(Density functional theory)计算方法，研究了三种磺胺类抗生素，分别为基础磺胺构型，磺胺；支链为直链型磺胺，磺胺醋酰；支链为五元环类磺胺，磺胺甲噁唑。首先使用计算软件VASP程序中的广义梯度近似(GGA)的Perdew-Burke-Ernzerhof(PBE)方法对TiO2(001)和(101)晶面、磺胺分子进行结构优化，和吸附构型计算。再用HSE06计算模块对吸附能量进行精化，确定最优吸附构型。使用Materials Studio7.0中的Dmol3模块进行态密度分析、电荷密度分析。初始反应路径，以最稳定的吸附构型的羟基共吸附物作为反应的起始物。采用CI-NEB方法搜索反应过渡态，以能垒高低判断反应进行的难易程度，最终得到光催化降解SAs反应路径的机理。
结果：通过DFT计算得到了三种磺胺类药物在TiO2晶面上的吸附特性和降解机理。通过吸附能和单点能计算，确定了最稳定的吸附构型，分别为AE0、AA1、CB0、CB1、XA0、XA1。由吸附构型可以得出磺胺分子上的O、N原子与Ti(5)原子有吸附作用，H原子与O(2)和O(3)原子均有吸附作用，但对O(2)原子的吸附作用更强。吸附后苯环上的各键长有拉长，也有缩短，不过根据键长分析，其稳定性无太大变化。随着支链的增大，C-S键被拉长，稳定性被削弱。根据键长变化可得出，吸附过程中TiO2(101)晶面对其影响更大。降解机理考虑了六个位点的降解路径，长支链位的断裂，苯环两个位点的羟基化，脱-NH2和S、N位点键的断裂过程，磺胺甲恶唑还分析了恶唑环开环反应。
结论：吸附过程中，主要吸附依靠于苯环上的H与O(2)之间的作用。对吸附构型的态密度和电荷密度进行分析,其磺胺分子与TiO2面有电子转移。随着支链大小的变化，C-S键被显著拉长，键的稳定性被减弱，其更有利于反应的进行。支链的不同也影响着苯环羟基化的进行。在S-N键断裂的降解反应机理中,发现其断键能量很高，表示此位点很难断裂反应，与已有的实验报道的无催化剂反应降解此位点结论相吻合，表明S-N键的断裂需要直接光催化反应。?OH参与的间接光催化反应加上TiO2为催化剂对支链直链磺胺反应能垒有降低效果。支链断裂为最优降解反应路径。对比三种磺胺类抗生素光催化降解反应的能垒，相对降解效果强弱依次为SA＞SAC＞SMX，其中SA在TiO2的两种晶面上降解效果相当，SAC和SMX的降解效果在TiO2的（001）晶面效果相对较好。我们的结论可以解释磺胺类抗生素在TiO2光催化下的降解途径和降解产物。结果表明，锐钛矿型TiO2能有效地吸附和降解磺胺类药物。
方法：通过分子模拟技术，使用密度泛函理论(Density functional theory)计算方法，研究了三种磺胺类抗生素，分别为基础磺胺构型，磺胺；支链为直链型磺胺，磺胺醋酰；支链为五元环类磺胺，磺胺甲噁唑。首先使用计算软件VASP程序中的广义梯度近似(GGA)的Perdew-Burke-Ernzerhof(PBE)方法对TiO2(001)和(101)晶面、磺胺分子进行结构优化，和吸附构型计算。再用HSE06计算模块对吸附能量进行精化，确定最优吸附构型。使用Materials Studio7.0中的Dmol3模块进行态密度分析、电荷密度分析。初始反应路径，以最稳定的吸附构型的羟基共吸附物作为反应的起始物。采用CI-NEB方法搜索反应过渡态，以能垒高低判断反应进行的难易程度，最终得到光催化降解SAs反应路径的机理。
结果：通过DFT计算得到了三种磺胺类药物在TiO2晶面上的吸附特性和降解机理。通过吸附能和单点能计算，确定了最稳定的吸附构型，分别为AE0、AA1、CB0、CB1、XA0、XA1。由吸附构型可以得出磺胺分子上的O、N原子与Ti(5)原子有吸附作用，H原子与O(2)和O(3)原子均有吸附作用，但对O(2)原子的吸附作用更强。吸附后苯环上的各键长有拉长，也有缩短，不过根据键长分析，其稳定性无太大变化。随着支链的增大，C-S键被拉长，稳定性被削弱。根据键长变化可得出，吸附过程中TiO2(101)晶面对其影响更大。降解机理考虑了六个位点的降解路径，长支链位的断裂，苯环两个位点的羟基化，脱-NH2和S、N位点键的断裂过程，磺胺甲恶唑还分析了恶唑环开环反应。
结论：吸附过程中，主要吸附依靠于苯环上的H与O(2)之间的作用。对吸附构型的态密度和电荷密度进行分析,其磺胺分子与TiO2面有电子转移。随着支链大小的变化，C-S键被显著拉长，键的稳定性被减弱，其更有利于反应的进行。支链的不同也影响着苯环羟基化的进行。在S-N键断裂的降解反应机理中,发现其断键能量很高，表示此位点很难断裂反应，与已有的实验报道的无催化剂反应降解此位点结论相吻合，表明S-N键的断裂需要直接光催化反应。?OH参与的间接光催化反应加上TiO2为催化剂对支链直链磺胺反应能垒有降低效果。支链断裂为最优降解反应路径。对比三种磺胺类抗生素光催化降解反应的能垒，相对降解效果强弱依次为SA＞SAC＞SMX，其中SA在TiO2的两种晶面上降解效果相当，SAC和SMX的降解效果在TiO2的（001）晶面效果相对较好。我们的结论可以解释磺胺类抗生素在TiO2光催化下的降解途径和降解产物。结果表明，锐钛矿型TiO2能有效地吸附和降解磺胺类药物。