论文部分内容阅读
磺胺类抗生素在医院、农业、畜牧业和水产养殖中大量使用,而传统的水处理技术不能完全将其去除,使其在水环境中的残留情况比较严重,对人类和生态环境存在着较大的潜在危害。因此需要研究一种高效可行的技术来去除水中的磺胺类抗生素。碳纳米材料活化过硫酸盐体系是一种新型、绿色、高效的去除水中有机污染物的技术,其中有序介孔碳由于其优异的催化性能,受到了越来越多的关注。本论文研究了有序介孔碳活化过硫酸盐体系（CMK/PDS）降解磺胺嘧啶（SDZ）的效能和机制,探讨了各种因素对反应的影响,研究了有序介孔碳活化过硫酸盐的氧化机理和磺胺嘧啶的降解路径。CMK/PDS活化体系能够快速地将SDZ降解,反应符合拟一级动力学,动力学常数k=0.06min-1。SDZ在CMK/PDS活化体系中的矿化程度也很高,一小时内TOC去除率即可达到60%,矿化程度显著高于其他高级氧化法。CMK/PDS活化体系对其他磺胺类抗生素也有很好的降解效果,对于磺胺、磺胺吡啶、磺胺甲嘧啶、磺胺二甲嘧啶和磺胺甲恶唑这五种磺胺类抗生素,都能达到至少90%的降解率。研究了SDZ初始浓度、PDS投加量、CMK投加量、初始pH和温度对反应的影响。在pH=7和温度为25度的条件下,对参数进行优化得到了反应的最佳为:SDZ初始浓度为44mg/L,CMK投加量为0.07g/L,PDS投加量为5.44mM。考察了水体中的阴离子、天然有机物（HA）对CMK/PDS降解SDZ的影响,发现SDZ降解反应受到这些水体因素的影响较小。将CMK/PDS活化体系应用于实际水体,发现其能够高效地降解江水中的SDZ。对CMK反应前后的物化性质进行了表征,发现CMK边缘的缺陷结构和表面的含氧官能团（特别是羟基）是重要的活性位点。通过自由基淬灭实验和自由基捕获实验,发现CMK/PDS活化体系有着自由基路径和非自由基路径两种不同的氧化方式。利用DFT理论计算优化SDZ分子的构型,用Fukui函数计算出了SDZ分子中可能会发生反应的位点,用UPLC-MS/MS检测出了SDZ在CMK/PDS活化体系中氧化反应的中间产物,对CMK/PDS活化体系的氧化机理和SDZ的降解路径进行了探讨,推测出了SDZ在CMK/PDS体系的三条降解路径,分别是14S-17N断裂的反应;SDZ分子脱去SO2分子的反应;SDZ分子的19C-20N和19C-28N断裂的反应。