水中獸用抗生素磺胺嘧啶(SDZ)和四環(huán)素(TC)難以被生物降解,,長期接觸會(huì)增加胃,、腸、肝,、腎損傷風(fēng)險(xiǎn),,給人類健康造成不可逆轉(zhuǎn)危害。傳統(tǒng)的抗生素去除技術(shù)包含生物法,、電解法,、光催化法等,但都因其高成本和復(fù)雜工藝而受到限制,。高級氧化工藝通過生成高活性氧化物種降解有機(jī)污染物已成為目前的主流技術(shù),,半焦(Semi-coke,SC)是煤化工過程中的固體廢棄物,,來源廣泛,、成本低廉,可作為礦物生物炭活化過硫酸鹽(PS)生成活性氧(ROS),,用于抗生素的高效降解去除,。
在本文中,,蘭州大學(xué)周雷老師和鄭易安老師課題組利用SC活化PS構(gòu)建了SC/PS高級氧化體系,同時(shí)去除水環(huán)境中的SDZ和TC,。采用自由基淬滅試驗(yàn)和電子自旋共振技術(shù)分析了活性氧成分,,提出了SC/PS體系的活化機(jī)制和降解途徑,并采用費(fèi)氏弧菌對降解產(chǎn)物的急性毒性進(jìn)行了評估,。研究結(jié)果表明,,在PS為0.75 g/L、SC為0.50 g/L,,pH=3.0,,溫度30℃的優(yōu)化條件下,SC/PS體系的降解率分別為97.8%(SDZ)和97.2%(TC),,且SDZ和TC之間存在協(xié)同促進(jìn)效應(yīng),。SC表面的極性基團(tuán)和缺陷都有利于增強(qiáng)吸附性,其表面的含氧官能團(tuán),、吡啶N和石墨C可作為活性位點(diǎn),,增強(qiáng)SDZ和TC的降解效率。此外,,SC具有良好的可重復(fù)使用性和高效率,,在高效去除實(shí)際廢水中不同種類抗生素方面具有很大的潛力。
圖1 SC/PS體系活化機(jī)制示意圖
采用TEM和SEM技術(shù)觀察SC材料形貌,,熱重方法評估SC材料的熱穩(wěn)定性,。顯然,SC展現(xiàn)出優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和耐高溫性,。采用拉曼光譜技術(shù)分析SC的結(jié)構(gòu)特征,,SC材料1350 cm-1(D帶)和1600 cm-1(G帶)的拉曼峰位與材料結(jié)構(gòu)有關(guān),峰強(qiáng)比ID/IG可用于表征SC材料的石墨化程度,。
圖2 SC的SEM圖(降解前a和降解后b),;TEM圖(c)和HRTEM圖(d)
本文系統(tǒng)評估了PS和SC用量,、初始pH值、溫度,、無機(jī)陰離子和NOM等多種實(shí)驗(yàn)參數(shù)對SDZ和TC降解效率的影響,,并結(jié)合淬滅實(shí)驗(yàn)和電子自旋共振確定了主要的活性氧成分,提出了SC對PS的活化機(jī)制以及SC/PS體系的降解途徑,,并采用費(fèi)氏弧菌評估了降解液的急性毒性,。
圖4 PS (a, b) 和SC (c, d) 用量對 (a, c) SDZ和 (b, d) TC降解效率的影響
圖5 pH (a, b)和溫度(c, d)與SDZ(a, c)和TC(b, d)降解效率關(guān)系圖
圖6 (a) SC/PS體系中TOC和毒性的變化;(b) SC活化PS催化降解SDZ和TC的可重復(fù)利用性,;實(shí)際廢水中(c) SDZ和(d) TC的降解效率
本文以“Semi-coke activated persulfate promotes simultaneous degradation of sulfadiazine and tetracycline in a binary mixture" 為題,,發(fā)表在Chemical Engineering Journal,,蘭州大學(xué)禹敏為第一作者,蘭州大學(xué)周雷副教授和鄭易安教授為通訊作者,。
周雷,,博士,副教授,,碩土生導(dǎo)師,。2003年本科畢業(yè)于蘭州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,2008年于蘭州大學(xué)獲博士學(xué)位,。2008年7月起在蘭州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院工作至今,,2013年3月-2014年3月在美國俄荷拉荷馬大學(xué)化學(xué)與生物化學(xué)系從事博士后研究,。主要從事分析化學(xué),、分離科學(xué)等領(lǐng)域的教學(xué)與科研工作,研究興越集中在毛細(xì)管電泳與微流控分析,,新型功能材料在分析化學(xué)中的應(yīng)用,、考古化學(xué)等方面,。主持國家自然科學(xué)基金2項(xiàng),參與國家自然科學(xué)基金重大科研儀器研制項(xiàng)目1項(xiàng),;在Analytical Chemistry,,Environmental Science & Technology等期刊發(fā)表研究論文60余篇?!吨袊瘜W(xué)快報(bào)(Chinese Chemicalletters)》青年編委(第一,、二屆),,《分析測試學(xué)報(bào)》青年編委,,中國生物檢測監(jiān)測產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟理事,中國儀器儀表學(xué)會(huì)分析儀器分會(huì)青年工作者委員會(huì)委員,。
鄭易安,,蘭州大學(xué)教授,博士生導(dǎo)師,。研究領(lǐng)域?yàn)樗廴究刂?,研究方向包括:環(huán)境吸附與催化材料、環(huán)境分析與污染控制,、新型污染物界面過程,。曾獲盧嘉錫青年人才獎(jiǎng),入選江蘇省“雙創(chuàng)博士"和中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)會(huì)員,。環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)水處理與回用專業(yè)委員會(huì)委員,、Chinese Chemical Letters第三屆青年編委,《安全與環(huán)境學(xué)報(bào)》青年編委,。主持國家自然科學(xué)基金3項(xiàng),、省部級人才類項(xiàng)目3項(xiàng),、甘肅省自然科學(xué)基金-重點(diǎn)項(xiàng)目1項(xiàng),另主持/參與科技部863項(xiàng)目等10余項(xiàng),;在Environmental Science & Technology等期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文100余篇,,被引用4000余次,h-指數(shù)36,;參編專著1本(科學(xué)出版社),,英文書2章;甘肅省自然科學(xué)獎(jiǎng)1項(xiàng),。
本研究中拉曼光譜數(shù)據(jù)使用北京卓立漢光儀器有限公司的Finder系列激光顯微共聚焦拉曼光譜儀檢測,,如需了解該產(chǎn)品,歡迎咨詢,。
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