收藏本站
《南京大学》 2018年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

新型复合水凝胶在可见光照射下对抗生素的吸附和降解

杨建华  
【摘要】:抗生素的大量生产与滥用对人类健康和生态环境造成了严重威胁,而我国地表水中检出频率较高的抗生素主要为磺胺类和氟喹诺酮类抗生素。因此,本论文选择磺胺甲噁唑和诺氟沙星(分别为磺胺类和氟喹诺酮类抗生素中的代表性物质)作为研究对象,研究如何有效地将其从环境水体中去除。由于光催化法具有环境友好、操作简单等特点,逐渐成为水体中抗生素处理方法中的研究热点。但该技术仍存在光催化效率低、可见光利用率低和分离效果不佳等应用方面的不足。本论文通过合成新型复合水凝胶,采用新型复合水凝胶吸附富集水中的抗生素,同时在可见光下对抗生素进行光降解的方法,在提高催化剂分离效果的同时,也提高了可见光利用率和对抗生素的降解效率。论文以N-甲基马来酸(N-Methylmaleamic acid,NMMA)和 2-丙烯酸羟乙酯(2-hydroxyethyl acrylate,HEA)为单体,采用低温辐照聚合法制备得到水凝胶载体p(HEA/NMMA),利用原位沉淀法负载氧化锌和硫化铜纳米颗粒,得到具有吸附和光催化性能的新型复合水凝胶,即氧化锌复合水凝胶(p(HEA/NMMA)-ZnO)和硫化铜复合水凝胶(p(HEA/NMMA)-CuS);利用相应的表征手段分析了水凝胶载体和新型复合水凝胶(p(HEA/NMMA)-ZnO、p(HEA/NMMA)-CuS)的溶胀性和 Zeta 电位、表面形貌、结构特征、热稳定性以及光学性能等;结合以上特性研究了新型复合水凝胶对抗生素的吸附效果、吸附行为特性、吸附的影响因素以及吸附机理;系统考察了新型复合水凝胶在可见光照射下对抗生素的降解效果、降解动力学和影响因素,并通过降解产物的分析与理论计算得出相应的降解机理;评价了新型复合水凝胶降解抗生素后产物的急性毒性;对模拟实验废水的处理效果进行了探讨。通过以上研究,得出主要结论如下:1、水凝胶载体和新型复合水凝胶的性能表征相应的表征分析结果表明,水凝胶载体表面带有羧基、羟基和酰胺基,硫化铜和氧化锌纳米颗粒的负载主要是与水凝胶单体上的酰胺基作用;两种新型复合水凝胶中含有CuS纳米颗粒与ZnO纳米颗粒分别占水凝胶干重的10 wt%和15 wt%;两种新型复合水凝胶对可见光的吸收明显强于单纯ZnO和CuS纳米颗粒;在可见光照射下,ZnO纳米颗粒和两种新型复合水凝胶产生的电子和空穴均可以被有效分离,而单纯的CuS纳米颗粒产生的电子和空穴不能被有效分离。2、新型复合水凝胶对抗生素的吸附效果和机理两种新型复合水凝胶对于抗生素的平衡吸附量随着抗生素初始浓度的升高而升高;诺氟沙星(NOR)的初始浓度为0.64 mmol/L时,p(HEA/NMMA)-ZnO对NOR的理论最大吸附量为52.6 mg/g,磺胺甲噁唑(SMX)的初始浓度为2.0 mmol/L时,p(HEA/NMMA)-CuS对SMX的理论最大吸附量为31.0 mg/g;NOR和SMX在两种新型复合水凝胶上的吸附较好的符合Langmuir模型,吸附均属于单分子层的化学吸附;水凝胶载体p(HEA/NMMA)对NOR和SMX的吸附主要是由于聚合物单体上酰胺基的作用,p(HEA/NMMA)-ZnO对NOR的吸附主要是由于氧化锌纳米颗粒的作用,水凝胶单体上酰胺基起到辅助作用;p(HEA/NMMA)-CuS对SMX的吸附受硫化铜纳米颗粒和水凝胶单体上酸胺基的共同作用。3、新型复合水凝胶对抗生素的降解效果和机理在500w可见光照射下,2.0g/L的p(HEA/NMMA)-ZnO对0.16mmol/LNOR在60 min内的降解效率可达89.5%,2.0 g/L的p(HEA/NMMA)-CuS对0.20 mmol/L的SMX在12 h以内的降解效率可达90.9%;可见光强度的变化对p(HEA/NMMA)-ZnO降解NOR的效率影响不明显,p(HEA/NMMA)-CuS降解SMX的效率随着可见光强度的减小而降低;对新型复合水凝胶光降解抗生素机理的研究发现,p(HEA/NMMA)-ZnO对NOR的降解主要由空穴和超氧自由基(·O2)在氧化过程中发挥主要作用,羟基自由基(·OH)起到辅助作用,p(HEA/NMMA)-CuS对SMX的降解过程中,空穴发挥了主要作用,·OH起到辅助作用;p(HEA/NMMA)-ZnO对NOR的矿化率为77.2%,p(HEA/NMMA)-CuS对SMX的矿化率为43.6%;重复性实验结果表明,新型复合水凝胶具有很好的重复利用性。4、新型复合水凝胶降解抗生素后产物的急性毒性评价和实验室模拟抗生素废水的处理效果利用明亮发光杆菌(Photobacterium phosphorem T3)对抗生素降解前后的生物毒性进行评价,发现两种新型复合水凝胶降解NOR和SMX后,降解产物溶液对明亮发光杆菌的发光抑制作用均呈现出不同程度的降低,说明经两种新型复合水凝胶降解后的抗生素产物的生物毒性均减弱。与对照组相比,p(HEA/NMMA)-ZnO对两种模拟海水养殖废水和中等硬度合成水中NOR的最终降解效率基本没受影响,模拟合成污水中NOR的降解效率受到约10%的抑制;p(HEA/NMMA)-CuS对两种模拟海水养殖废水中SMX的最终降解效率略有减少,在中等硬度合成水和模拟合成污水中SMX的降解效率分别下降了约15%和20%。
【学位授予单位】:南京大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:X703

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 章强;辛琦;朱静敏;程金平;;中国主要水域抗生素污染现状及其生态环境效应研究进展[J];环境化学;2014年07期
2 刘环宇;叶静仪;梁佩莹;;水凝胶的制备[J];化工时刊;2014年01期
3 张峰;戴正;芦丽嫦;;宁海县2007—2012年农药中毒情况分析[J];上海预防医学;2013年07期
4 张玮玮;弓爱君;邱丽娜;曹艳秋;原小涛;;废水中抗生素降解和去除方法的研究进展[J];中国抗生素杂志;2013年06期
5 姚宏;王辉;苏佳亮;孙佩哲;黄京华;;某饮用水处理厂中5种抗生素的去除[J];环境工程学报;2013年03期
6 冯宝佳;曾强;赵亮;张磊;王睿;刘洪亮;;水环境中抗生素的来源分布及对健康的影响[J];环境监测管理与技术;2013年01期
7 韩玲玲;曹惠昌;代淑娟;高淑玲;;重金属污染现状及治理技术研究进展[J];有色矿冶;2011年03期
8 裴立宅;杨连金;樊传刚;;硫化铜纳米晶体材料的研究进展[J];铜业工程;2010年02期
9 陈玉伟;王建龙;;辐射诱导合成水凝胶及其处理重金属废水的研究进展[J];化学进展;2009年10期
10 王路光;朱晓磊;王靖飞;田在锋;;环境水体中的残留抗生素及其潜在风险[J];工业水处理;2009年05期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 俞幼萍;新型纳米FeVO_4负载型催化剂的制备及其对盐酸四环素的催化降解性能研究[D];东华大学;2016年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘晓晖;王炜亮;国晓春;卢少勇;;抗生素的水体赋存、毒性及风险[J];给水排水;2015年12期
2 赵川;张海丽;蒲亚宁;杨敏鸽;;改性聚酯纤维对铅离子的吸附行为[J];轻纺工业与技术;2015年06期
3 苏冰梅;王婷;方淑霞;龙茜;林志芬;林娟;;喹诺酮类与磺胺类药物对枯草芽孢杆菌与大肠杆菌的联合毒性及其机制初探[J];环境化学;2015年11期
4 朱鹏飞;刘梅;张杰;楚月;王迪;;Fe-Ni共掺杂ZnO/凹凸棒光催化降解废水中抗生素性能研究[J];安全与环境学报;2015年05期
5 潘琼;潘峰;;湖南省冶矿城市土壤重金属污染现状及评估[J];江苏农业科学;2015年10期
6 杨戈;;形貌可控硫化铜的制备与表征[J];广州化工;2015年20期
7 章明奎;顾国平;徐秋桐;;农用地地表排水中抗生素的污染特征研究[J];江西农业学报;2015年10期
8 张伟;胡晓丹;张海黔;;纳米氧化铈催化辐照降解氧氟沙星[J];南京航空航天大学学报;2015年05期
9 范希梅;张冯章;李湘奇;邬小凤;范健;黄瑶翰;李广立;;三乙醇胺含量对化学浴法制备硫化铜薄膜的影响[J];西南交通大学学报;2015年04期
10 宋波;王安;;功能化介孔分子筛SBA-15在废水处理上的应用[J];科技展望;2015年15期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 张立恒;电解法制备金属钒酸盐(Zn、Fe)及其应用[D];上海应用技术大学;2017年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 梁惜梅;施震;黄小平;;珠江口典型水产养殖区抗生素的污染特征[J];生态环境学报;2013年02期
2 李通;金彩霞;朱雯斐;刘国光;刘海津;;环丙沙星与Cu复合污染对玉米萝卜和小白菜3种作物生态毒性研究[J];农业环境科学学报;2013年01期
3 沈群辉;冀秀玲;傅淑珺;刘园园;李琳;;黄浦江水域抗生素及抗性基因污染初步研究[J];生态环境学报;2012年10期
4 赵士光;刘斯峰;;某市2008至2010年农药中毒病例分析[J];中华劳动卫生职业病杂志;2012年09期
5 杨常青;王龙星;侯晓虹;陈吉平;;大辽河水系河水中16种抗生素的污染水平分析[J];色谱;2012年08期
6 洪蕾洁;石璐;张亚雷;周雪飞;朱洪光;林双双;;固相萃取-高效液相色谱法同时测定水体中的10种磺胺类抗生素[J];环境科学;2012年02期
7 阮悦斐;陈继淼;郭昌胜;陈珊珊;王少特;王玉秋;;天津近郊地区淡水养殖水体的表层水及沉积物中典型抗生素的残留分析[J];农业环境科学学报;2011年12期
8 朱国平;;宜兴市2006—2010年急性农药中毒分析[J];中国职业医学;2011年05期
9 国彬;姚丽贤;冯志诚;葛鹏文;;广州市污水厂氯霉素类抗生素污染特征研究[J];杭州化工;2011年02期
10 石为民;刘凯英;叶文婷;薛罡;程起跃;钭晨;;磺胺甲噁唑在给水处理系统中的迁移转化及去除研究[J];水处理技术;2011年06期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 毕只初,俞稼镛,田心棣;SrTiO_3粉末在可见光照射下光氧化水产氧的研究[J];感光科学与光化学;1989年02期
2 ;科技动态[J];红外技术;1989年04期
3 高国忱;;鸡食用可见光照射过的饲料生长得更快[J];草与畜杂志;1989年01期
4 张朝红;韩文明;王冬梅;胥丹平;邓英俏;陈中林;郜炜;;热处理的锐钛型二氧化钛催化可见光照射损伤牛血清白蛋白[J];应用化学;2010年05期
5 李庆霖,孙克仁,何云陔,李树本,金振声;在可见光照射下甲醇—水体系光催化脱氢的研究[J];太阳能学报;1986年02期
6 钱法汤;;可见光照射时保护眼睛的眼镜[J];口腔医学纵横;1987年01期
7 李佐华,张子曙;可见光照射对红外激光胶片图像质量影响的初步探讨[J];湖南医科大学学报;2002年05期
8 宋忆淑,贺冰,费向东,李玉新,张晓光;可见光照射致培养的视网膜色素上皮细胞凋亡的超微结构观察[J];中国老年学杂志;2005年01期
9 李静谊;刘丽娜;斯琴高娃;白图雅;;紫外和可见光照射下金属离子对TiO_2/沸石光降解罗丹明B的催化性能影响[J];内蒙古师范大学学报(自然科学汉文版);2008年02期
10 张一兵;张素霞;冯永青;谢丽丽;李素云;;掺杂Fe~(3+)的A-TiO_2可见光照射下催化降解甲醛研究[J];矿冶工程;2017年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 杨娟;陈春城;籍宏伟;马万红;赵进才;;利用TiO_2薄膜电极研究可见光照射下染料降解的机理[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(下册)[C];2006年
2 梅朋森;张丽萍;熊俊;黄应平;;可见光照射下土壤催化修复污染水体的研究[A];第五届全国环境化学大会摘要集[C];2009年
3 翟春阳;朱明山;杜玉扣;;RGO改性的TiO_2纳米管阵列在可见光照射下的光电催化性能增强[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第23分会:电催化与洁净能源电化学转化[C];2014年
4 焦杨;刘洋;曲凤玉;武祥;;树枝状三氧化二铁分级结构及其在可见光照射下的光催化性质[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第05分会:无机化学[C];2014年
5 李静谊;苗茵;赵薇;曹培华;赵进才;;紫外和可见光照射下在TiO_2纳米粒子上染料污染物的光降解研究[A];第三届全国环境化学学术大会论文集[C];2005年
6 梅朋森;张丽萍;黄应平;王奇;陈求稳;;可见光照射下土壤光催化降解有毒有机污染物[A];湖北省化学化工学会第十一届分析化学专业年会论文集[C];2007年
7 陈春城;赵进才;马万红;;多酸光催化降解有机污染物的研究[A];中国化学会第26届学术年会光化学分会场论文集[C];2008年
8 李静谊;斯琴高娃;刘丽娜;赵进才;;在可见光照射下罗丹明B在TiO_2辅助下光降解过程中间产物的探测[A];中国化学会第八届水处理化学大会暨学术研讨会论文集[C];2006年
9 陈希;王兆慧;籍宏伟;陈春城;马万红;赵进才;;含Fe粘土/H_2O_2可见光照射下降解染料的研究[A];第五届全国环境化学大会摘要集[C];2009年
10 高俊阔;张其春;;可见光响应型钛基金属-有机框架材料的制备及其光催化性能研究[A];第18届全国分子筛学术大会论文集(上)[C];2015年
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 杨建华;新型复合水凝胶在可见光照射下对抗生素的吸附和降解[D];南京大学;2018年
2 闫涛;基于铋系化合物制备复合光催化剂及其催化性能研究[D];北京理工大学;2016年
3 佘小杰;石墨相氮化碳材料的可控制备及光催化降解环境有机污染物研究[D];江苏大学;2017年
4 王斌;光活性天然聚合物的体系设计与功能化研究[D];华南理工大学;2014年
中国硕士学位论文全文数据库 前8条
1 胥丹平;氮氟二氧化钛纳米粒子的制备及光催化活性的研究[D];辽宁大学;2011年
2 李芳轶;几种氮氟掺杂二氧化钛膜的制备及可见光催化活性的研究[D];辽宁大学;2012年
3 张丰秋;不同镀膜顺序对氮氟二氧化钛膜的制备及光催化活性影响的研究[D];辽宁大学;2013年
4 倪秋洋;铋系可见光催化材料的合成及应用[D];苏州科技学院;2010年
5 赵浩竹;磷酸银复合光催化材料的制备及其光催化性能的研究[D];江苏大学;2016年
6 张恒超;纳米复合材料的设计合成与光催化性能的研究[D];苏州大学;2013年
7 龚慧;光照下低分子量有机酸(或醇)对Cr(Ⅵ)的还原作用研究[D];南京农业大学;2009年
8 孔德朋;基于碳点的荧光探针的制备与发光性能的研究[D];天津工业大学;2017年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026