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《北京林业大学》 2019年
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固体酸强化水解抗生素生产废水中螺旋霉素的研究

陈政  
【摘要】:螺旋霉素(spiramycin)是临床上广泛使用的一类大环内酯类抗生素,在其生产环节会产生大量含高浓度螺旋霉素的废水。针对螺旋霉素生产废水,固体酸水解是一种有效的预理技术,具有高效率、高选择性等特点。本研究以螺旋霉素为目标物,在不同的强化手段下研究固体酸水解螺旋霉素的效能,评价其水解产物的抗菌效价,解析螺旋霉素在酸性环境下的水解机制。最终,评价该预处理技术对实际抗生素废水的处理效果使用氨基磺酸强化杂多酸水解螺旋霉素,优化确定了氨基磺酸的投加量和水解温度。当氨基磺酸投量为0.3 g/L、杂多酸投量为1.0 g/L和温度为35℃时,三种杂多酸与氨基磺酸联合在40 min内均能实现对20 mg/L螺旋霉素的有效水解。硅钨酸与氨基磺酸联合时,螺旋霉素及其抗菌效价的去除率均能达到100%。针对浓度为433 mg/L的螺旋霉素生产废水,当杂多酸投加量为20 g/L和氨基磺酸投加量为6 g/L时,40 min内即可实现螺旋霉素的完全去除和其生物效价显著降低。使用微波强化杂多酸水解螺旋霉素,优选了硅钨酸作为最佳的固体酸。当硅钨酸投加量为1.0 g/L,微波功率为200 W时,在8min时100mg/L螺旋霉素被完全去除,其生物效价去除率达到98%。使用超高效液相色谱飞行时间质谱(UPLC-Q/TOF-MS)进行水解产物鉴定和水解途径解析,结果表明糖苷键断裂导致mycarose、forosamine和mycaminose从螺旋霉素分子结构上脱落。针对浓度为433 mg/L的螺旋霉素生产废水,当微波功率为500 W和硅钨酸投量为10 g/L时,6 min内即可实现螺旋霉素及其效价的完全去除采用不同磺酸化试剂和不同磺酸化方法制备了多种磺酸化生物炭并进行了相关物化表征,H3和X3具有最高的总酸量和-SO3H酸量。在微波加热下,评价了磺化生物炭对螺旋霉素的水解效能。当微波功率为200 W和磺酸化生物炭投量为1.0 g/L时,10 min内H3和X3对40 mg/L螺旋霉素的去除率分别为94%和100%,效价去除率分别为93%和99.5%。本研究系统地探讨了不同方式强化固体酸水解螺旋霉素的效能并评价了水解产物的抗菌效价,解析了螺旋霉素的水解机制为分子结构中糖苷键的断裂导致其药效官能团脱落,从而降低其生物效价。本研究所采用的固体酸能够在短时间内有效地处理高浓度螺旋霉素生产废水,初步建立了用于螺旋霉素生产废水快速高效预处理的技术。
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