高铁酸盐降解四环素的研究_李国亭

【水资源】高铁酸盐降解四环素的研究李国亭1,郭宇杰1,汪宁改1,刘秉涛1,徐菲2(1.华北水利水电学院环境与市政工程学院,河南郑州450011;2.河南省正大环境科技咨询有限公司,河南郑州450011)摘要:以高铁酸盐降解盐酸四环素,考察了盐酸四环素初始浓度、高铁酸盐投加量、初始pH值、反应时间等的影响,并通过正交试验,考察了盐酸四环素降解的最佳反应条件及影响显著性次序,结果表明:高铁酸盐能够有效去除四环素;高铁酸盐在酸性和中性条件下的降解效果更好,碱性条件下降解稍慢;pH值对四环素的降解影响最显著。关键词:高铁酸盐;四环素;水处理中图分类号:X131.2文献标识码:Adoi:10.3969/j.issn.1000-1379.2009.07.024四环素是一种典型的杀菌性药物,属难降解有机物,四环素本身及其降解产物可能对环境生物和人类的健康产生危害。由于四环素类抗生素对生物过程具有强烈抑制作用,因此常规的水处理方法往往很难达到理想的效果[1]。近年来,高铁酸盐[2-6]作为一种新型高效的非氯型绿色水处理剂,受到了广泛关注。笔者针对特定的污染物四环素,利用高铁酸盐的氧化絮凝等作用,初步探讨了高铁酸盐对四环素的降解效能和可行性。1试验概况(1)主要试剂和仪器。主要试剂有:盐酸四环素(Tetracy-cline,TC,德国Sigma公司生产,纯度为≥99%),自制高铁酸盐。仪器有:UVmini-1240紫外可见分光光度计(Shimadzu)、SYC-15超级恒温水浴、PHS-2C酸度计、磁力加热搅拌器、LD5-10离心机。(2)制备高铁酸盐。以商品化次氯酸钠浓溶液为反应液,以Fe(NO3)3·9H2O为反应原料,根据Schreyer[7]的制备方法及操作程序,离心分离除去溶解度较小的NaCl和KCl等结晶,制得高铁酸钠原液,其中包含尚未反应的次氯酸钠。在冰水浴条件下,向高铁酸钠原液中加入固体KOH至饱和,抽滤可得到K2FeO4结晶。该研究采用未干燥的K2FeO4结晶,配制成一定浓度的弱碱性溶液,用于盐酸四环素的降解,现用现配。(3)分析方法。盐酸四环素的最大吸收波长为356nm,含量用直接分光光度法测定。由于盐酸四环素的浓度值在一定范围内与吸光度值成线性关系,因此以吸光度间接表示盐酸四环素含量。通过测定505nm波长处高铁酸盐溶液的吸光度[8]间接测定高铁酸盐的浓度。(4)试验方法。烧杯试验在磁力搅拌器上进行。向50mL盐酸四环素溶液中分别加入一定量的高铁酸盐溶液,中速磁力搅拌30min,每隔一定时间取样。样品用0.45μm滤膜过滤后,取上层清液进行分析,需要时加入亚硫酸钠或抗坏血酸淬灭反应及消除高铁酸盐颜色对吸光度的影响。所有试验均重复两次。2结果与讨论2.1各种因素对盐酸四环素降解的影响2.1.1盐酸四环素初始浓度盐酸四环素初始pH值为2(配制盐酸四环素的pH值),初始浓度分别为5、10、20mg/L,投加高铁酸盐量为20mg/L,降解结果见图1。图1表明,降解率随盐酸四环素浓度的增大而增大,在低浓度范围内,盐酸四环素的降解率较小。由于水环境中四环素浓度并不高,因此为更接近实际废水的浓度,盐酸四环素初始浓度取20mg/L。图1不同盐酸四环素浓度对降解的影响2.1.2高铁酸盐投加量当盐酸四环素浓度为20mg/L,pH值为2,高铁酸盐投加量分别为5、10、20、30mg/L时,降解结果见图2。在高铁酸盐投加量分别为5、10、20mg/L时,降解率分别为59.6%、69.3%、75.5%。高铁的强氧化性使盐酸四环素降解,高铁自身还原生成Fe3+、Fe(OH)3等,进一步降解时,盐酸四环素降收稿日期:2008-12-02基金项目:华北水利水电学院高层次人才项目。作者简介:李国亭(1977—),男,河南叶县人,讲师,博士,主要研究方向为水处理高级氧化技术及应用。E-mail:liguoting@ncwu.edu.cn第31卷第7期人民黄河Vol.31,No.72009年7月YELLOWRIVERJul.,2009解率的上升幅度较大,但加大盐酸四环素到一定浓度时,降解率变化很小,其原因为反应液中铁离子浓度过高,形成较多的Fe(OH)2+,Fe(OH)2+在290～400nm范围内有较大的吸收,导致盐酸四环素的降解率降低。综合降解率和药品成本考虑,选用高铁酸盐投加量为10mg/L。图2高铁酸盐投加量对盐酸四环素降解的影响2.1.3反应时间的影响在盐酸四环素浓度为20mg/L、高铁酸盐投加量为10mg/L、pH=7的情况下,考察反应时间对盐酸四环素降解的影响,结果见图3。图3表明,前5min,反应最剧烈,降解率达到47.4%;随后,盐酸四环素的降解率逐渐增加,到30min时降解率达到71.7%;到60min时降解率为74.9%,和30min比较