碳納米管修飾電極電催化還原去除廢水中的氯霉素類(lèi)抗生素.pdf

1、抗生素具有廣譜高效的殺菌特性，被廣泛應(yīng)用于人類(lèi)和動(dòng)物疫病防控。特別是規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖和水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)生的糞便中含有大量抗生素，它們可以通過(guò)施肥和灌溉等方式進(jìn)入土壤和水環(huán)境，不僅影響生態(tài)環(huán)境安全，還可通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體，影響人體健康?？股刈鳛榄h(huán)境新型污染物，已經(jīng)引起學(xué)術(shù)界、政府和公眾的廣泛關(guān)注。以氯霉素（CAP）、甲砜霉素（TAP）和氟苯尼考（FF）為代表的氯霉素類(lèi)抗生素是一類(lèi)典型抗生素，能夠引起血液系統(tǒng)毒性、灰嬰綜合癥和胚胎毒性等癥狀，在廢

2、污水和水環(huán)境中被頻繁檢出，其環(huán)境危害不容忽視。針對(duì)水環(huán)境中大量存在的氯霉素類(lèi)抗生素，研究簡(jiǎn)便有效的去除方法，對(duì)于保護(hù)水環(huán)境質(zhì)量和人體健康都具有重要的意義。
　　目前，水體中抗生素的去除方法主要有傳統(tǒng)處理法、氧化法、吸附法和薄膜法等，這些方法存在處理效率低、投資大、能耗高或容易造成二次污染等問(wèn)題。電化學(xué)法具有高效、低成本、操作簡(jiǎn)便和環(huán)境友好等特點(diǎn)，其中電氧化處理抗生素需要較高的氧化電位，氧化電位過(guò)高不僅增加能耗，嚴(yán)重腐蝕電極，還會(huì)加

3、劇析氧、析氯等副反應(yīng)；電還原技術(shù)處理抗生素表現(xiàn)出一定的潛力，卻受到電極材料的制約。碳納米管具有長(zhǎng)徑比和比表面積大、穩(wěn)定性強(qiáng)和量子效應(yīng)明顯等特性，用做修飾材料能夠降低電極的過(guò)電勢(shì)，增加電流響應(yīng)，提高電極的選擇性和靈敏度。通常直接將碳納米管超聲分散在純水中，成膜效果不理想，而表面活性劑同時(shí)具有親水和親脂特性，能夠?qū)⑻技{米管均勻穩(wěn)定地分散在水中。為此，本研究采用表面活性劑分散碳納米管，研制碳納米管修飾電極，通過(guò)電催化還原去除模擬廢水中的氯霉素

4、類(lèi)抗生素，鑒定其還原產(chǎn)物，探討氯霉素類(lèi)抗生素的電催化還原機(jī)制，獲得如下的主要研究結(jié)果：
　　1.獲得碳納米管修飾電極的最佳制備條件，即采用雙十六烷基磷酸（DHP）分散多壁碳納米管（MWCNTs），控制MWCNTs和DHP的配比為1:1，滴涂15μL分散液于玻碳電極上。采用掃描電鏡分析與循環(huán)伏安分析對(duì)制備的修飾電極進(jìn)行表征，發(fā)現(xiàn)碳納米管被成功修飾到玻碳電極表面。
　　2.獲得電催化還原氯霉素類(lèi)抗生素的最佳條件，即還原C AP的

5、偏壓為-1.1 V，還原TAP和FF的偏壓為-1.2 V，底液為0.1 mol/L的NH3·H2O-NH4Cl溶液和初始p H為7。電催化還原處理濃度為2 mg/L的C AP、TAP和FF的模擬廢水24 h，獲得的去除率分別為93.57％、86.67%和89.49%，去除過(guò)程均符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，去除速率常數(shù)分別為0.1222、0.0837和0.0915 h-1，半衰期分別為5.67、8.28和7.56 h。本方法特別適合于處理低濃

6、度的氯霉素類(lèi)抗生素廢水，處理濃度為1 mg/L的C AP、TAP和F F的模擬廢水12 h，獲得的去除率分別為82.71%、76.19%和78.44%，再生3次的修飾電極對(duì)3種抗生素的去除率分別達(dá)到79.04%、70.59%和71.18%。
　　3.當(dāng)偏壓為-1.2 V、底液為0.1 mol/L NH3?H2O-NH4Cl溶液、初始pH為7時(shí)，電催化還原處理濃度均為2 mg/L的C AP、TAP和FF的混合模擬廢水24 h，獲得的

7、去除率分別為82.95%、68.12%和78.56%，去除過(guò)程符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程，去除速率常數(shù)分別為0.0757、0.0473和0.0618 h-1，半衰期分別為9.16 h、14.65 h和11.22 h。
　　4.采用液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜分析法（LC-MS/MS），鑒定了CAP、TAP和FF的還原產(chǎn)物，分析了電催化還原 CAP、TAP和 F F的可能途徑。研究發(fā)現(xiàn)，電催化不僅還原了 C AP中的硝基，還可以進(jìn)一步還原羰基；電