一种紫外光辅助水合氧化铁偶联处理水体中抗生素的方法技术

本发明专利技术涉及抗生素污水技术领域，公开了一种紫外光辅助水合氧化铁偶联处理水体中抗生素的方法，包括以下步骤：取含抗生素污水和过硫酸氢钾溶液至反应瓶内，搅拌混匀，调节溶液pH值，向混合溶液中加入水合氧化铁并持续搅拌，照射紫外线，并于室温下反应；本方法通过UV和HFO协同活化PMS来解决UV转化率低和Fe(III)/Fe(II)催化循环速率慢等问题，同时对NX降解产生的F

【技术实现步骤摘要】
一种紫外光辅助水合氧化铁偶联处理水体中抗生素的方法


[0001]本专利技术涉及抗生素污水
，具体涉及一种紫外光辅助水合氧化铁偶联处理水体中抗生素的方法。

技术介绍

[0002]抗生素通常应用于人类医疗，畜牧业及水产养殖等领域，近年来世界各地水环境(如河流、海洋等)，甚至自来水中都检测出抗生素的残留。诺氟沙星(NX)是具有代表性的第三代氟喹诺酮类抗生素，通常在生物体内代谢不完全，60％～90％以原药或代谢物的形式经排泄进入环境。在中国水产养殖水域的浓度高达1990ng/L，释放到水环境中的NX会对生态系统造成负面影响，如内分泌干扰效应、遗传毒性、抗生素耐药性的产生等。传统的水处理方法中，吸附法可以实现了抗生素污染物的浓缩和转移，但易造成二次污染。另外，抗生素大多是难生物降解的，生物法去除效果非常有限。因此有必要开发更高效、彻底的方法用于处理水环境中抗生素。
[0003]相较于HO
·
(1.9
‑
2.7V,<1μs)，以SO4·
ˉ
和HO
·
产生的高级氧化技术(AOPs)可以有效去除难降解有机物，SO4·
ˉ
(2.5
‑
3.1V,30
‑
40μs)拥有更高的氧化还原电位和更长的半衰期。并且过硫酸盐的固体形态相较于其他氧化剂更易于储存和运输。SO4·
ˉ
通常是由过二硫酸盐(PDS)和过一硫酸盐(PMS)的过氧键断裂而形成。PMS为非对称结构，解离能较弱，比PDS更容易被活化。当PMS单独作为氧化剂降解有机污染物时往往反应速率较慢，通常需要被活化产生强氧化性的活性氧物种(ROS)来高效降解有机物，如SO4·
ˉ
、HO
·
、O2·
ˉ
和1O2。常见的用于活化PMS的方法有碱活化、外部能量(光、热)活化、碳材料活化、过渡金属(Co、Fe、Mn、Cu)活化等。目前研究最多的是过渡金属活化方式，在均相体系中，过渡金属离子的引入会造成二次污染，金属离子的引入不可避免地同时会带入新的Cl
ˉ
、SO
42
ˉ
阴离子，会抑制活化效率。与均相催化剂相比，非均相催化剂更易于分离和重复利用。现有技术中授权公开号为CN113511718A的中国专利技术，其公开了一种利用过硫酸氢钾降解水中喹诺酮类抗生素的方法，通过直接向含碳酸氢根水中添加过硫酸氢钾从而实现喹诺酮类抗生素的降解，而不需要再加入外源催化剂，大大节约成本同时避免了均相或非均相催化剂带来的二次污染。然而，100mg/L的过硫酸氢钾仅去除了40％的诺氟沙星，而且反应速率是较低的，过量的过硫酸氢钾会引入大量盐分从而抑制后续微生物活性。另外，不同水体中的碳酸盐浓度不稳定，根据其研究结果，这会导致抗生素去除效果差异性较大，比如碳酸盐浓度低于1.0mM的水体需要额外碳酸氢根的投加实现抗生素的去除效果。碳酸氢根的引入会使pH值升高以及盐分的增加，可能会影响后续微生物活性。最后，氟喹诺酮类抗生素被氧化分解后释放出的氟离子有待进一步处理。
[0004]铁是一种无毒，环境友好且成本较低的过渡金属元素。常见的铁氧化物主要以Fe2O3、FeOOH(HFO)、Fe3O4和零价铁等形式存在于自然界。其中HFO广泛应用于非均相AOPs降解有机物。在降解苯酚的过程中，非均相HFO/H2O2体系相较于均相Fe
2+
/H2O2具有更高的氧化和矿化效率，且非均相HFO/氧化剂体系可以在更宽的pH范围内表现出优异的氧化效果。HFO
可以同时活化过氧化物和过硫酸盐并且可以协同降解氯霉素。非均相体系的氧化还原反应一般发生在催化剂表面，该过程伴随着Fe(III)与Fe(II)之间的转化。然而在常见的Fe基AOPs体系中，Fe(III)向Fe(II)转化速率慢，从而使得体系催化活性降低。UV的引入是解决Fe(III)/Fe(II)循环慢的有效方法之一。非均相体系中Fe(III)主要以配合物的形式存在，在紫外辐照下，Fe(III)配合物的光还原作用会加快Fe(III)/Fe(II)的催化循环(公式(1))。UV同时可以活化PMS产生SO
‑4·
和HO
·
(公式(2))。但是PMS对UV光子相对较低的摩尔吸收系数限制了PMS的分解，许多UV/PMS体系为了达到预期实验效果而投加了过量氧化剂，从而导致溶液中大量氧化剂残留。因此较高的药品投加量和较低的UV转化率限制了PMS体系应用。
[0005][Fe(OH)]2+
+hv
→
Fe
2+
+HO
·
(1)
[0006][0007]在常见的AOPs方式下降解诺氟沙星(NX)的过程中，NX分子结构中的F
‑
会从苯环上脱落，仅有微量含氟副产物生成。大多数研究都忽略了后续废水中F
‑
的去除。因此，研究UV/HFO/PMS体系对有机物的降解机理并实现F
‑
的同步吸附可以为无害化降解污染物提供新的见解。

技术实现思路

[0008]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种紫外光辅助水合氧化铁偶联处理水体中抗生素的方法，旨在通过UV和HFO协同活化PMS来解决UV转化率低和Fe(III)/Fe(II)催化循环速率慢等问题，同时对NX降解产生的F
‑
实现同步吸附，避免后续脱氟负担和二次污染。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0010]一种紫外光辅助水合氧化铁偶联处理水体中抗生素的方法，包括以下步骤：取含抗生素污水和过硫酸氢钾溶液至反应瓶内，搅拌混匀，调节溶液pH值，向混合溶液中加入水合氧化铁并持续搅拌，照射紫外线，并于室温下反应，实现对抗生素的降解并同步吸附去除F
‑
。
[0011]作为优选，所述含抗生素污水中抗生素为诺氟沙星，诺氟沙星的初始浓度大于等于30μM。
[0012]作为优选，所述过硫酸氢钾溶液的浓度为0.06～1.2mM。
[0013]作为优选，所述诺氟沙星与所述过硫酸氢钾的摩尔比为2
‑
40：1；优选，诺氟沙星与过硫酸氢钾的摩尔比为10：1。
[0014]作为优选，调节溶液pH值至4～10。
[0015]作为优选，所述水合氧化铁在反应体系中浓度为0.1
‑
0.6g/L。
[0016]作为优选，所述反应时间为1
‑
90min，优选为1h。
[0017]作为优选，所述含氟喹诺酮类抗生素的水包括实验产生的废水、自来水、湖水或工业污水处理厂二沉池出水中的一种或几种。
[0018]在反应时间内(0、3、5、10、20、30、60min)收集1mL样品，用0.22μm水系滤膜过滤并使用硫代硫酸钠猝灭过量的过硫酸氢钾以进行后续诺氟沙星检测，计算诺氟沙星的去除
率；另本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种紫外光辅助水合氧化铁偶联处理水体中抗生素的方法，其特征在于，包括以下步骤：取含抗生素污水和过硫酸氢钾溶液至反应瓶内，搅拌混匀，调节溶液pH值，向混合溶液中加入水合氧化铁并持续搅拌，照射紫外线，并于室温下反应，实现对抗生素的降解并同步吸附去除F
ˉ
。2.根据权利要求1所述的一种紫外光辅助水合氧化铁偶联处理水体中抗生素的方法，其特征在于，所述含抗生素污水中抗生素为诺氟沙星，诺氟沙星的初始浓度大于等于30μM。3.根据权利要求1所述的一种紫外光辅助水合氧化铁偶联处理水体中抗生素的方法，其特征在于，所述过硫酸氢钾溶液的浓度为0.06～1.2mM。4.根据权利要求2或3所述的一种紫外光辅助水合氧化铁偶联处理水体中抗生素的方法，其特征在于，所述诺氟沙星与所述过硫酸氢钾的摩尔比为2
‑
40：1。5.根据权利要求4所述的一种紫外光辅助水合...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘顺龙，董浩，韩婷，冯丽娟，李婷，
申请(专利权)人：浙江巨能环境工程有限公司，
类型：发明
国别省市：