半焦活化過(guò)硫酸鹽促進(jìn)磺胺嘧啶和四環(huán)素同步降解
引言
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(zhǎng)期接觸會(huì)增加胃、腸、肝、腎損傷風(fēng)險(xiǎn)，給人類(lèi)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(jí)氧化工藝通過(guò)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(guò)程中的固體廢棄物，來(lái)源廣泛、成本低廉，可作為礦物生物炭活化過(guò)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(jí)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(duì)降解產(chǎn)物的急性毒性進(jìn)行了評(píng)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(lèi)抗生素方面具有很大的潛力。
結(jié)果分析
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(píng)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)
圖3 SC的(a) TG圖，(b)拉曼光譜，(c) N2吸附-解吸等溫線(xiàn)與孔徑分布曲線(xiàn)(插圖)以及(d) FT-IR光譜
本文系統(tǒng)評(píng)估了PS和SC用量、初始pH值、溫度、無(wú)機(jī)陰離子和NOM等多種實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)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(duì)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(píng)估了降解液的急性毒性。
圖4 PS (a, b) 和SC (c, d) 用量對(duì) (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
文章信息
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。
課題組簡(jiǎn)介
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(guó)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(guó)家自然科學(xué)基金2項(xiàng)，參與國(guó)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?guó)化學(xué)快報(bào)(Chinese Chemicalletters)》青年編委(第一、二屆)，《分析測(cè)試學(xué)報(bào)》青年編委，中國(guó)生物檢測(cè)監(jiān)測(cè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟理事，中國(guó)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)樗廴究刂疲芯糠较虬ǎ涵h(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(guò)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(guó)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(zhuān)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(guó)家自然科學(xué)基金3項(xiàng)、省部級(jí)人才類(lèi)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(zhuān)著1本(科學(xué)出版社)，英文書(shū)2章；授權(quán)發(fā)明**7件，軟件著作權(quán)1件；甘肅省自然科學(xué)獎(jiǎng)1項(xiàng)。
產(chǎn)品信息
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(cè)，如需了解該產(chǎn)品，歡迎咨詢(xún)。
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