铁(Ⅲ)-混合羧酸盐体系光降解氟康唑机理的研究

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抗生素被大量运用于医疗、畜牧业、农业和食品工业等方面,并通过各种途径进入水环境,对水生动植物及人类造成危害,且会导致抗药菌群的产生。传统的水处理方式对抗生素的去除效率较低,因此抗生素的去除引起了研究者的广泛关注。天然水体中存在着三价铁离子(Fe(Ⅲ))、草酸(ox)、柠檬酸(cit)等,Fe(Ⅲ)能与ox、cit等羧酸盐形成有较高光活性的配合物,在光照下产生的·OH、HO2·、O2·-等活性物质能有效降解难降解的有机污染物。本论文以典型的三唑类抗真菌抗生素氟康唑(FLC)作为研究对象,探讨FLC在Fe(Ⅲ)-cit-ox混合羧酸下的光降解动力学和降解机制,探究二元羧酸体系对FLC降解的协同效应。并利用对苯二甲酸(TPA)作为分子探针,测定Fe(Ⅲ)-cit-ox配合物体系不同条件下的·OH稳态浓度,进一步了解Fe(Ⅲ)-cit-ox配合物体系的反应机理,优化反应条件。并与FLC光降解速率常数作对比,进一步探讨二元羧酸协同效应,得到了如下结论:(1)本实验利用TPA(无荧光)作为分子探针,其可与·OH反应生成hTPA(有荧光),利用荧光分光光度计测量hTPA,间接计算出·OH稳态浓度。经过实验表明,hTPA的浓度与荧光强度呈现出较好的线性关系,是用于·OH稳态浓度测定的可靠方法。(2)Fe(Ⅲ)-cit、Fe(Ⅲ)-ox配合物体系·OH稳态浓度与pH值和cit初始浓度有关。Fe(Ⅲ)-cit体系在中性偏酸条件下·OH稳态浓度较高,pH相同时,·OH的稳态浓度随cit初始浓度的增加而增加。Fe(Ⅲ)-ox体系中·OH稳态浓度随pH的升高而降低,pH值相同时,[·OH]ss随ox初始浓度的增大而增大。与Fe(Ⅲ)-cit配合物体系相比,Fe(Ⅲ)-ox配合物体系在酸性条件下具有更高的光活性。(3)Fe(Ⅲ)-cit-ox配合物体系·OH稳态浓度与pH值和cit初始浓度有关。与单独的Fe(Ⅲ)-cit配合物体系及Fe(Ⅲ)-ox配合物体系相比,二元羧酸体系·OH稳态浓度大大提高。在中性偏酸条件下·OH稳态浓度较高,在近中性条件有较好的协同效应,在酸性条件下,该体系没有协同效应。在偏碱性(pH7.0-8.0)时,ox浓度的增加能提高Fe(Ⅲ)-cit-ox配合物体系的协同效应。(4)Fe(Ⅲ)-cit体系中,氟康唑的光降解效果与pH值及柠檬酸盐浓度有关。柠檬酸初始浓度一定时,FLC的光降解效率随pH的变化均为:pH8.0<3.0<7.0<4.0<6.0<5.0<5.5。柠檬酸盐初始浓度一定时,pH值在5.5时,FLC的光降解速率常数最高。pH一定时,柠檬酸盐初始浓度越大,氟康唑的光降解速率常数越高。Fe(Ⅲ)-ox体系中,pH一定时,草酸盐初始浓度越大,氟康唑的光降解速率常数越高。草酸盐浓度一定时,在酸性条件下氟康唑的光降解效果较好,顺序依次为pH8.0<7.0<6.0<5.5<5.0<3.0<4.0。与·OH稳态浓度的研究结果相对应。(5)Fe(Ⅲ)-cit-ox配合物体系中,氟康唑的光降解效果与pH值和羧酸初始浓度有关。在五组羧酸初始浓度下,都是pH值为5.0时的光降解速率常数最高。pH值相同,cit初始浓度为50μM时,ox初始浓度越高,氟康唑光降解速率常数越高。与·OH稳态浓度的研究结果相对应。(6)Fe(Ⅲ)-cit-ox配合物体系中,ox和cit在一定条件下对FLC的降解有协同效应。柠檬酸初始浓度为50μM,草酸浓度从50到500μM时,在近中性条件下有协同效应,而在酸性条件下(pH3.0-5.0),ox浓度从50到500μM,该体系对FLC的光降解均无协同效应。近中性条件下,pH相同时,ox初始浓度的增加能提高协同效果。(7)经LC-MS检测,对Fe(Ⅲ)-cit-ox配合物体系光降解FLC的产物进行分析,并推测FLC在该体系中的可能降解途径。产生的·OH首先替代苯环上的氟,然后氧化两个五元含氮杂环。本文通过检测不同pH值和羧酸浓度配比条件下Fe(Ⅲ)-cit-ox混合羧酸体系的·OH稳态浓度,以FLC为目标污染物,研究其在混合羧酸体系下的光降解动力学及反应机制,探讨Fe(Ⅲ)-cit-ox混合羧酸体系在不同条件下协同效应的情况,为Fe(Ⅲ)-cit-ox混合羧酸实际应用提供参考。
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