H_2O_2_UV对抗生素的有效降解过程研究_李国亭

河南科技2009.8上ECO－ENVIRONMENT生态环境四环素是一种可能对环境生物和人类健康产生危害的药品，由于该类抗生素对生物过程有强烈的抑制作用，运用常规的水处理方法很难达到理想的处理效果。利用高级氧化技术产生的大量强氧化性的羟基自由基，在抗生素处理中显示出独特的优势。为此，本研究针对特定的污染物——四环素，将H2O2氧化和紫外线照射联合使用进行降解。一、实验部分1.主要试剂和仪器。盐酸四环素（以下简称四环素），纯度≥99%，购自德国Sigma公司；过氧化氢（H2O2，分析纯）购自莱阳市双双化工有限公司；UVmini-1240紫外可见光分光光度计（Shimadzu）；磁力搅拌器；主发射波长为254nm和365nm的紫外灯（8W）各一支。2.分析方法。本研究利用直接分光光度法测定四环素含量，测定波长为356nm。3.实验方法。烧杯试验在磁力搅拌器上进行。向50mL四环素溶液（20mg/L，pH=7）中分别加入一定量的过氧化氢，中速磁力搅拌，需要时进行紫外光照射，反应时间为30min。二、结果与讨论1.单独紫外光照射对四环素的降解。图1是单独UV254nm和UV365nm照射对四环素的降解效果对比。由图1可知，中性pH条件下，反应30min，单独UV254nm紫外光照射对20mg/L四环素的降解率达到51.2%，单独UV365nm紫外光对四环素的降解率仅为2.2%，说明254nm紫外光能量高，能够快速去除四环素。这是由于在254nm紫外光的照射下，反应体系中的氧气会生成少量的O（1D），并与水反应生成一定量的羟基自由基（·OH），生成的羟基自由基是公认的强氧化剂，对四环素的降解能力较强。而365nm紫外光能量较低，不足以产生大量的羟基自由基。此外，紫外光本身对四环素也有一定的光解作用，254nm紫外光的这种光解作用强于365nm紫外光。2.单独H2O2对四环素的降解。通过改变过氧化氢浓度，研究不同的过氧化氢浓度对四环素降解的影响。四环素浓度为20mg/L，pH=7.0，反应时间为30min，过氧化氢浓度为0.003mol/L、0.006mol/L、0.01mol/L、0.03mol/L，实验结果见图2。图2单独H2O2对四环素的降解由图2可知，随着过氧化氢浓度的增加，四环素的降解率随之增加，但是，单独过氧化氢对四环素的降解效果并不理想，降解率仅为3.7%，证明过氧化氢氧化能力有限，很难完全降解四环素。3.254nm紫外光照射下H2O2对四环素的降解。为研究254nm紫外光照射和H2O2对四环素的联合降解效果，在四环素浓度为20mg/L，pH=7.0，反应时间为30min，过氧化氢浓度为0.003mol/L、0.006mol/L、0.01mol/L、0.03mol/L的条件下，考察了254nm紫外光照射对H2O2降解四环素的影响，实验结果见图3。由图3可知，在254nm紫外光照射下，0.03mol/华北水利水电学院环境与市政工程学院李国亭朱美亚汪宁改刘秉涛*基金项目：华北水利水电学院高层次人才启动项目。图1UV254nm和UV365nm对四环素的降解H2O2/UV对抗生素的有效降解过程研究*56河南科技2009.8上ECO－ENVIRONMENT生态环境LH2O2对四环素的降解率由3.7%提高到93.9%，而单独254nm紫外光照射对四环素的降解率仅为51.2%，证明254nm紫外光照射和H2O2联合使用产生了明显的协同作用。这主要是由于在254nm紫外光照射下，H2O2能够产生氧化能力极强的羟基自由基，促进了对四环素的降解，其反应方程式如下：H2O2+hv→2·OH（1）但同时我们也发现，与0.003mol/L的H2O2相比，254nm紫外光对0.006mol/L的H2O2的降解效率的促进作用明显强于0.003mol/L的H2O2。同时，随着H2O2浓度的提高,这种促进作用明显变弱，尤其是与0.01mol/L的H2O2浓度相比，0.03mol/L的H2O2对四环素的降解率提高不多。这主要是由于发生了以下反应，削弱了羟基自由基的氧化作用。其反应方程式如下：H2O2+·OH→H2O+·HO2（2）·HO2+·OH→H2O+O2（3）因此，在实际水处理中，当254nm紫外光照射和H2O2联合使用时，H2O2应选择合适的反应浓度。这样，不仅可以达到较高的降解效率，而且还比较经济。三、结语1.UV254nm照射因其辐射能量高，对四环素的降解率远高于UV365nm照射。2.单独过氧化氢（H2O2）氧化能力有限，很难完全降解四环素。3.UV254nm照射和H2O2联合使用时产生了明显的协同作用,对四环素的降解率高于单独UV254nm照射和H2O2氧化降解率之和。某化工有限责任公司年产尿素15万吨、碳铵18万吨、甲醛3.5万吨、甲醇2万吨