非均相电芬顿技术降解抗生素废水的研究进展

抗生素废水污染如今已成为全球最为严峻的环境问题之一,对人类的生存和生态系统的平衡都具有巨大的威胁。非均相电芬顿法作为一种可以降解抗生素污染物的高级氧化技术(advanced oxidation process, AOPs),因其氧化效率高、氧化性能强、不易产生二次污染等优点而受到广泛关注。从反应机理、催化剂、阴极材料3个方面概述了非均相电芬顿技术降解抗生素废水的研究现状和存在问题,最后对非均相电芬顿技术降解抗生素废水发展方向做出展望。

RGO-ZnO光催化降解抗生素及还原Cr(Ⅵ)的研究

采用一步水热法制备还原氧化石墨烯-氧化锌(RGO-ZnO)复合材料,并将其用于光催化降解抗生素环丙沙星和还原Cr(Ⅵ)。研究发现,在光催化降解和还原体系中,光催化活性明显高于单独的氧化或还原体系,并有利于延长光生载流子寿命。此外,RGO-ZnO的光催化活性明显高于ZnO。通过电镜表征,发现RGO-ZnO为二维结构与二维结构复合(2D-2D),固体荧光光谱表明RGO-ZnO更有利于电子-空穴对的分离。

ZnO/C-dots/Ag复合材料的制备及其增强光催化降解抗生素性能

通过溶剂热法制备了ZnO纳米棒,进一步在ZnO纳米棒表面沉积碳点(C-dots)和Ag,成功制备了C-dots和Ag共修饰的ZnO纳米复合光催化剂(ZnO/C-dots/Ag)。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、比表面积(BET)和紫外可见(UV-Vis)分光光谱等分析对系列样品进行了物理表征。结果表明,C-dots的引入可以有效加速Ag在ZnO表面的沉积。在白光下降解抗生素(诺氟沙星)的结果表明,ZnO/C-dots/Ag复合材料的光催化性能相比于纯的ZnO、ZnO/C-dots和ZnO/Ag材料得到了明显的提升,并且光催化性能稳定。表明C-dots和Ag在ZnO光催化降解抗生素过程中起到了协同作用,C-dots起到实现光生电子快速转移的作用,配合Ag的等离子体共振效应共同加速了ZnO的光催化降解过程。

新型MIL-101(Fe)/BiOBr S型异质催化剂用于高效光催化降解抗生素和还原六价铬:光催化性能分析和光催化机理研究

水污染对生态环境和人类健康造成了巨大危害,特别是水体中抗生素和重金属具有毒性且难生物降解,已经引起科研工作者的广泛关注.传统的水处理技术难以有效地消除这些污染物.近年来,人们致力于开发绿色、低碳且高效的光催化技术用于解决环境污染问题,该技术实现大规模应用的核心在于开发出经济、高效的光催化剂.由于单一半导体光催化材料(如BiOBr)存在一些缺陷(如有限的催化活性位点和光生电子-空穴快速复合等),因此,构建具有可见光响应、高暴露活性位点和强氧化还原能力的异质结特别是新兴的梯(S)型异质结是去除这些污染物的有效策略之一.MIL-101(Fe)是一种新型的可见光驱动的金属-有机配体框架材料,具有强还原活性、高比表面积和较好的可见光吸收能力,因此,将氧化型的Bi OBr与还原型的MIL-101(Fe)进行合理设计,构筑S型异质结,有望开发出高效的催化材料.本文采用溶剂热法成功制备了一种新型的MOF基S型异质结MIL-101(Fe)/BiOBr,用于可见光照射下光催化还原六价铬(Cr(Ⅵ))和降解抗生素恩诺沙星.结果表明,在单一污染物体系中,MIL-101(Fe)/BiOBr可有效还原99.4%的Cr(Ⅵ)和氧化分解84.4%的恩诺沙星.值得注意的是,在Cr(Ⅵ)和恩诺沙星共存的条件下,MIL-101(Fe)/BiOBr对(Cr(Ⅵ))和恩诺沙星的去除效率明显提升,这主要是由于S型催化剂、Cr(Ⅵ)和恩诺沙星之间具有协同效应.MIL-101(Fe)/BiOBr催化剂活性增强的主要因素如下:(1)MIL-101(Fe)提供了大量的活性位点,改善了催化材料的光吸收能力.(2)S型载流子分离路径不但促进了电子和空穴的高效分离,而且增强了体系的氧化还原能力.此外,采用自由基捕获实验、电子自旋共振波谱仪、液相色谱-质谱联用技术以及毒性分析软件,系统分析了光催化反应机理、抗生素分解过程和中间产物的生物毒性.综上,本文提供一种简单有效的策略来构筑高活性的MOF/无机半导体S型异质结材料用于高效净化水体环境.

尖晶石的制备及其活化过硫酸盐在降解抗生素中的应用

抗生素的广泛应用会对水生生态系统造成伤害,严重破坏生态平衡。抗生素耐药性的传播也被认为是全球公共卫生的主要风险之一,去除水体中抗生素的研究已经成为研究的热潮。尖晶石具有物理结构和化学性质稳定、孔径特性良好的特点,在去污领域具有巨大的应用潜力。该文在详细介绍了多种尖晶石性能及改性方法的基础上,重点论述了尖晶石对几种典型抗生素的去除效果,并系统地分析了去除率的影响因素,最后对尖晶石材料的应用现状作了总结和展望。

抗生素光催化降解:催化剂的研究进展

水体中所含抗生素残留的种类和数量不断增多,污染成分也越来越复杂。传统的微生物水处理技术并不能有效地去除这些药物。光催化氧化技术具有氧化能力强、无二次污染、反应条件温和、分解速度快以及对降解物质具有广普性等优点,广泛应用于抗生素降解。按照金属类光催化剂、非金属类光催化剂和MOFs类光催化剂分类,对光催化降解抗生素类药物的研究进展进行了综述,总结了不同光催化剂的结构特征、性能,并对光催化剂降解抗生素领域的未来发展前景进行了展望。

光催化技术降解工业废水中抗生素的研究

由于抗生素废水生物毒性大、含有抑菌物质等,传统物理吸附法、生物处理法很难对其有效降解,特别是废水中抗生素含量较低的时候效果更差。当今世界各国都对抗生素废水处理给予了重视,这已经成为了一个世界性难题。为解决抗生素废水导致的环境危机,人们不断进行'问题解决方法探究。其中光催化技术由于其适用范围较广、反映速率快、无污染或少污染等优势,在抗生素废水处理方面得到了广泛关注。

有机肥对土壤中抗生素降解的促进作用

利用土培试验,在含有25 mg·kg-1初始污染浓度的土霉素、恩诺沙星、磺酸二甲嘧啶、泰乐菌素的土壤上,研究了不同量有机肥(0.5%和1.0%)对土壤中上述抗生素降解及青菜中抗生素吸收残留的影响。结果表明,施用有机肥可显著促进培养前期土壤中抗生素的降解,其降解率随有机肥用量增加而增加;在培养时间为8 d时,施用1%有机肥处理比未施有机肥处理土壤的土霉素、恩诺沙星、磺酸二甲嘧啶和泰乐菌素降解率分别提高12.9,13.5,24.8和12.0个百分点。土壤中上述4种抗生素的降解率由高至低依次为:磺酸二甲嘧啶>恩诺沙星>土霉素>泰乐菌素。施用有机肥可减少蔬菜对土壤抗生素的吸收,施用1.0%有机肥处理的抗生素污染土壤上生长的蔬菜中土霉素、恩诺沙星、磺酸二甲嘧啶和泰乐菌素含量比相同水平抗生素污染但未施有机肥的土壤分别低67.8%,66.3%,49.4%和48.9%。与对照土壤比较,添加抗生素后蔬菜生物量有所下降,而施用有机肥缓解了抗生素污染对蔬菜生长的不良影响。

菠菜土壤中典型抗生素的微生物降解及细菌多样性

【目的】研究抗生素在土壤中残留情况及其对土壤细菌多样性的影响,为今后抗生素类污染物的土壤微生物修复和环境风险评价提供依据。【方法】通过在种植菠菜土壤中添加抗生素的盆栽试验,以庆大霉素和泰乐菌素及对应功能降解微生物(庆大霉素降解真菌FZC3和泰乐菌素降解细菌无色杆菌)为研究对象,设计7个处理,分别为庆大霉素(CG)、庆大霉素+FZC3(CGF)、泰乐菌素(CT)、泰乐菌素+无色杆菌(CTW)、两种抗生素(CM)、两种抗生素+两种降解菌(CMM)和空白(CC),其中庆大霉素残留率的对比组为CG、CGF、CM和CMM处理;泰乐菌素残留率的对比组为CT、CTW、CM和CMM处理。借助固相萃取-液质联用及Illumina高通量测序技术,对试验过程中抗生素残留及其对土壤细菌多样性影响进行研究。【结果】添加FZC3和无色杆菌可分别显著提高土壤中庆大霉素和泰乐菌素的去除效果,但随着菠菜的生长,各处理间抗生素残留率差异逐渐变小:第一周不同处理抗生素残留率差异最为显著,其中CMM处理中庆大霉素的残留率最低,为53.93%;CTW处理中泰乐菌素的残留率最低,为3.92%。第一周CGF处理比CG处理中庆大霉素残留率下降了约3.3%,CTW处理比CT处理中泰乐菌素的残留率降低了4.1%。同时,添加抗生素及其降解菌会不同程度影响土壤细菌丰富度和多样性:与CC相比,CG、CTW和CMM 3个处理中土壤细菌的丰富度和多样性有显著差异(P<0.05)。FZC3可以缓解庆大霉素对土壤细菌的抑制作用,与CC处理相比,CG处理马赛菌和芽胞杆菌的相对丰度更高,而CGF与CC组群落结构相似;无色杆菌对土壤细菌菌群的影响程度大于其对缓解泰乐菌素毒性抑制作用的影响,相较于CT和CC处理,CTW处理中无色杆菌的添加抑制了土壤其他细菌的生长,而CT与CC处理各属细菌菌群相对丰度差异不显著。CM与CC处理相比,土壤中细菌丰富度、多样性和细菌群落结构均无显著差异,表明两种抗生素同时添加其相互间呈现拮抗作用。【结论】土壤中庆大霉素和泰乐菌素的残留对土壤微生物群落结构有不同程度的影响。添加功能微生物可以提高两种抗生素的去除效率,FZC3添加可以缓解庆大霉素对土壤细菌的影响,而无色杆菌添加对土壤细菌菌群影响较大。

磁性Bi4VO8Cl可见光催化剂的制备及对喹诺酮类抗生素的降解

本文以Fe3O4为磁基体,采用水热合成法制备了易于固液分离的磁性Bi4VO8Cl复合可见光催化剂.利用XRD、UV-Vis DRS、TEM、HRTEM对其进行表征.以模拟可见光作为驱动光源,以难降解染料甲基橙为目标降解物评价了不同磁性含量光催化剂的活性,发现当Fe3O4占Bi4VO8Cl质量的15%时,复合催化剂表现出良好的磁性与催化活性,对甲基橙的降解率达到85%.在此条件下考察了其在模拟可见光下对4种喹诺酮类抗生素的降解和矿化情况,并以甲磺酸培氟沙星为例考察各种因素对降解性能的影响.结果表明,磁性Bi4VO8Cl对以上抗生素均表现出良好的光催化活性,在最佳条件下对甲磺酸培氟沙星的降解率达94%,矿化率为87%.用外加磁铁直接回收催化剂,循环使用5次后仍保持88%的降解率及94%的催化剂回收率.

一株同时降解4种四环素类抗生素降解菌的筛选及降解特性

选取土霉素、四环素、金霉素及强力霉素作为目标污染物,采用富集驯化法从宁夏回族自治区某药厂的活性污泥中筛选出一株可同时降解这4种四环素类抗生素的降解菌TCs-2.经形态、生理生化特征及16S rDNA分析,初步鉴定为潘多拉菌属(Pandoraea sp.),进而研究该菌株的生长曲线呈S型增长,最后通过单因素试验研究了不同环境(pH、温度、降解时间)对该菌株降解特性的影响,同时考察该菌株对人工污染土壤中四环素类抗生素的降解效果.结果表明,降解的最佳pH值为6,对土霉素、四环素、金霉素及强力霉素的降解率分别为85.00%、44.58、57.63%、43.87%;最佳温度为30℃,对土霉素、四环素、金霉素及强力霉素的降解率分别为89.39%、42.78%、56.10%、32.20%;降解时间对四环素类抗生素的降解效果影响较小,11 d时土霉素、四环素、金霉素及强力霉素的降解率分别可达87.62%、42.63%、47.30%、37.96%;人工污染土壤不投放菌株和投加菌株试验结果为,在不添加菌悬液的土壤中,21 d时未灭菌土壤中土霉素、四环素、金霉素及强力霉素的降解率高于灭菌土壤,土著微生物能降解土壤中微量的四环素类抗生素;在添加菌液的土壤中,21 d时未灭菌土壤中土霉素、四环素、金霉素及强力霉素的降解率分别为70.50%、56.38%、57.55%、22.18%,灭菌土壤中土霉素、四环素、金霉素及强力霉素的降解率分别为60.38%、47.89%、55.29%、31.15%,均高于不添加菌悬液未灭菌或灭菌土壤中土霉素、四环素、金霉素及强力霉素的降解率,菌株TCs-2对土壤中土霉素、四环素、金霉素及强力霉素的4种四环素类抗生素具有较为高效的降解能力.

利用退浆废水资源化制备凝胶颗粒并用于抗生素污染处理

“双碳”目标下,实现聚乙烯醇(PVA)等水溶性聚合物的污染减量与资源化利用十分关键。研究利用含高浓度PVA的浓缩退浆废水与天然高分子壳聚糖(CS)共混,交联制得了具有分散孔隙的PVA/CS凝胶颗粒,并考察了其对土霉素(OTC)污染物的去除效率。当凝胶前驱体中PVA的浓度为2wt%、CS含量为1g时,在加热至70℃的条件下,凝胶颗粒对OTC的去除率为95.60%。降解动力学模型拟合、HPLCTOF-MS及EPR分析结果均表明,除吸附作用之外,OTC发生了明显的降解。凝胶颗粒受热后会产生一些具有氧化性的活性氧物质,引发OTC形成碳自由基并进一步降解。此外,毒性计算结果表明降解产物的毒性较OTC本身有所上升,但并未产生高毒性物质。

Cu-MOFs衍生的片状CuO活化过一硫酸盐降解左氧氟沙星抗生素污染物研究

以二维Cu-MOF为前体,在马弗炉中直接加热至300℃制备了片状CuO,并用多种技术对其表征,将其用于活化过一硫酸盐(PMS)降解左氧氟沙星(LVF)抗生素污染物,优化了CuO的制备条件及PMS的活化条件.在优化条件下反应20 min,CuO/PMS体系可去除88.1%的LVF,CuO可重复利用.机理研究表明,催化反应过程中CuO表面的Cu^(2+)部分转化为Cu+,实现了Cu+/Cu^(2+)的循环.CuO/PMS体系中的主要活性中间体为SO·^(-)_(4),·OH和1O_(2),它们均参与LVF降解;采用HPLC-MS技术检出了17种降解中间产物,提出了LVF的降解途径.除LVF外,CuO/PMS体系可有效去除染料(罗丹明B、孔雀石绿)和其他抗生素(环丙沙星、培氟沙星)等污染物,具有普遍适用性.

猪粪中四环素类抗生素降解菌的筛选及其在堆肥中的应用研究

试验从新鲜猪粪中筛选耐高温的四环素类抗生素降解菌,经筛选、驯化后以一定比例添加到堆肥原料进行堆肥,探究其对四环素类抗生素的降解效果。结果表明,鹑鸡肠球菌、粪肠球菌、库特氏菌及屎肠球菌对四环素类抗生素4 d降解率可达到70%左右,且均能在符合堆肥升温期的理化特性43℃、pH=8的条件下迅速生长。外源添加筛选的4种降解菌到不同抗生素浓度的猪粪中进行堆肥处理后发现,其对于较高浓度(40 mg/kg)的四环素类抗生素具有更好的处理效果。在7 d土霉素降解量为74.26%,四环素的降解量为83.48%,金霉素降解量为96.75%,在14 d土霉素降解量为85.75%,四环素的降解量为90.95%,金霉素降解量为98.56%。

添加不同菌剂对畜禽粪便堆肥过程中抗生素降解的影响

为探明外源菌剂对畜禽粪便堆肥过程中四环素、土霉素类抗生素的降解影响,以猪粪和鸡粪为原料,菌渣为辅料,分别设置了添加外源四环素(T1)、添加外源土霉素(T2)、添加外源四环素+四环素降解菌(T3)、添加外源土霉素和土霉素降解菌(T4)4个处理,开展堆肥试验。通过定期采样,分析堆肥的基本物理性质、四环素与土霉素含量的变化。结果显示:添加四环素降解菌堆肥后,堆体中的四环素去除率达95.6%,与未添加降解菌的处理相比,降解率提高了11.1个百分点;添加土霉素降解菌堆肥后,堆体中土霉素的降解率为91.73%,与未添加降解菌的处理相比,土霉素的去除率提高了9.56个百分点;在利用含有抗生素的畜禽粪便堆肥过程中,添加外源菌剂可有效提高四环素类抗生素降解率。

基于g-C_(3)N_(4)/BiOBr光催化剂的海产养殖水体抗生素的降解

采用热聚合/液相法制备四种含量不同的g-C_(3)N_(4)/BiOBr光催化剂,并研究了其降解盐酸四环素(TCH)的性能和途径。研究表明,四种g-C_(3)N_(4)/BiOBr复合材料对TCH的光降解效率均高于商品g-C_(3)N_(4)催化剂;2D/2D结构的4-g-C_(3)N_(4)/BiOBr表现出最高的光利用率和最佳的光催化活性;光反应60 min内对TCH的去除率为94.61%、降解率为93.29%,其拟合的表观反应速率常数最高(0.037 min^(-1)),是商品g-C_(3)N_(4)的1.68倍,且循环利用5次后对TCH的降解率仍可达83.67%;此外,对g-C_(3)N_(4)/BiOBr光催化剂降解TCH的反应机理进行了分析。

“牛奶中抗生素降解剂快速检测试剂盒研制”项目通过结题验收

宁夏回族自治区科技厅组织有关专家，对自治区科技攻关计划项目“牛奶中抗生素降解剂快速检测试剂盒研制”进行了结题验收。

半合成抗生素废水治理工艺方案选择

半合成抗生素废水具有高浓度、难降解、存在生物抑制性物质的特点,用工程实例说明在治理工艺方案选择上如何采取针对性的措施,确定的强化预处理+多级A/O工艺在处理类似废水中具有一定的优势,从机理上阐述了该工艺解决上述问题的可行性,并进一步指出了需要完善之处。

丁香醛和丁香醇介导漆酶高效降解磺胺甲恶唑

为探讨不同漆酶介体系统(LMS)对磺胺甲恶唑(SMX)的降解效果。采用了多种漆酶介体体系,重点研究了天然介体如丁香醛和丁香醇与漆酶的结合降解效果,并与其他常见介体如2,2’-联氨-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二胺盐(ABTS)进行对比。同时,分析了漆酶的初始浓度、介体的起始浓度、pH以及温度等因素对降解效果的影响。结果表明:当使用丁香醛或丁香醇为介体时,降解效果明显优于其他介体。其中,当漆酶初始浓度为0.5 mg/mL、丁香醇起始浓度为0.5 mmol/L、温度为30°C、pH=5时,丁香醇在15 min内能降解92.4%的SMX,而240 min后提高至96.4%。天然介体丁香醛、丁香醇与漆酶的结合对SMX的降解表现出高效性和环境友好性,为水体中SMX污染的处理提供了一个有效方法。

针-水结构纳秒脉冲气液放电降解四环素

过度使用抗生素导致的水污染,对自然环境和人类健康造成了重大威胁。低温等离子体作为一种绿色环保的高级氧化技术,被认为是一种最具前景的抗生素降解方法之一,然而在降解效率和能量效率方面还有待进一步提高。利用纳秒脉冲放电激励针-水结构气液放电,获得了一种能产生高活性等离子体的瞬态火花模式放电,并应用于水中四环素降解,研究了脉冲电压、频率、初始浓度、初始pH值等参数对四环素降解的影响,结果表明初始浓度50 mg/L,脉冲电压9 kV、频率2 kHz,初始pH值为中性的条件下四环素的降解率最高,处理时间10 min时降解率达到了91.6%,能量效率和每阶电能分别为0.165 g·kW^(-1)·h^(-1)和0.78 kW·h·m^(-3)。自由基淬灭实验表明羟基自由基(·OH)在四环素降解过程中起主要作用,而H_(2)O_(2)和O_(3)的作用稍弱。细胞毒性实验也表明气液放电处理10 min后的溶液毒性显著下降。