ZnOOH催化臭氧氧化去除水中SD效能實驗

 

     摘要：以實驗室制備的羥基化鋅(ZnOOH)為催化劑,研究了其催化臭氧化去除水中痕量磺胺嘧啶(SD)的效能,通過研究叔丁醇對催化效果的影響,推斷了催化反應(yīng)機(jī)理,探討了臭氧投加量、水質(zhì)因素、催化劑投加量和使用次數(shù)對催化性能的影響因素.結(jié)果表明,ZnOOH 對臭氧氧化水中的SD 有較強(qiáng)的催化活性.催化劑表面結(jié)合的羥基基團(tuán)有利于催化反應(yīng).在優(yōu)化的實驗條件下,蒸餾水中反應(yīng)30min 時,催化臭氧化比單獨臭氧化對SD 的去除率提高了47.7%.催化過程遵循自由基反應(yīng)機(jī)理,SD 的去除效果隨催化劑投加量的增加而提高,催化劑在重復(fù)使用后催化效果基本不變,水中的氯離子可以明顯降低催化劑的活性,偏堿性條件下,催化效果更佳.

 

     磺胺嘧啶(SD)是一種應(yīng)用廣泛的抗生素類藥物.由于磺胺類藥物親水性強(qiáng),很容易被雨水沖刷進(jìn)入到地表水或者滲濾到地下水中,從而進(jìn)入到食物鏈影響環(huán)境和人體健康.因此,研究此類化合物的去除機(jī)理與方法具有實際意義和應(yīng)用價值.SD 是性質(zhì)相對穩(wěn)定的抗生素類物質(zhì),因此不能用生物降解的方法處理.傳統(tǒng)的飲用水處理工藝對部分溶解性微量有機(jī)污染物去除能力十分有限.目前國內(nèi)常用的高級氧化工藝中臭氧化降解是主要的方法之一.但臭氧分子對有機(jī)物的氧化有強(qiáng)的選擇性.已有的研究表明,采用臭氧和其他氧化劑聯(lián)用技術(shù)可以更好地提高對有機(jī)污染物的降解效率.

 

     過度金屬羥基化物作為催化劑用于臭氧氧化工藝,是近幾年來的新方法,其中利用羥基化鋅催化臭氧降解磺胺類物質(zhì)的研究還鮮見報道.本實驗采用實驗室自制的羥基化鋅作為臭氧化的催化劑,對羥基化鋅催化臭氧化去除水中痕量的SD的效能和催化機(jī)理進(jìn)行了探討,為實際給水系統(tǒng)中處理有機(jī)污染物提供理論支持和科學(xué)依據(jù).

 

實驗結(jié)論

1.ZnOOH 催化臭氧產(chǎn)生的·OH 和催化劑表面結(jié)合的·OH 基團(tuán)加強(qiáng)了催化劑的活性,使得水中痕量SD 的去除效率顯著提高.在本實驗條件下,SD 的去除率隨著臭氧投加量的增加而升高;在中性條件下,催化劑具有較高的催化效率.

2.水中Cl-對催化臭氧化去除SD有一定的抑制作用,所以自來水水樣中目標(biāo)物的去除率低于蒸餾水;催化劑的催化效能在偏堿性條件下較好,但在原水pH范圍內(nèi)SD的去除效率也很高,綜合考慮各種因素,在試驗過程中保持原水pH 值,不加以改變.

3.催化劑投加量的增加也會提高SD 的去除效率且可以重復(fù)使用.

來自：周寧娟,薛 罡,卜 聃,劉亞男 (東華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,上海 201620)

中國環(huán)境科學(xué) 2011,31(2)：233~238