摘要
药物和个人护理品（Pharmaceuticalsandpersonalcareproducts,PPCPs）的使用遍布人们生产、生活的多个领域。由于PPCPs使用量巨大且常规污水处理厂无法将它们有效去除，它们在地表水、地下水、土壤中普遍存在，具有潜在的生态风险。由于卡马西平（Carbamazepine,CBZ）进入环境后难以降解，在水体中检出水平较高，常被用作PPCPs污染的指示化合物。高铁酸钾（K2FeO4）是一种绿色水处理剂，具有极强的氧化能力且不产生二次污染，已有研究表明高铁酸钾在处理难降解有机物方面具有一定潜力。 本研究选用典型PPCPs类物质卡马西平为目标污染物，高铁酸钾为氧化剂，研究不同pH、高铁酸钾投加量、初始CBZ浓度、温度以及共存物质对高铁酸钾降解CBZ效能的影响，建立了二者之间的反应动力学方程，计算了不同反应条件下的反应速率常数；采用响应面分析法建立了CBZ降解率和主要影响因子之间的拟合模型；探讨了高铁酸钾降解CBZ的反应途径，得到的研究结果如下： （1）pH对CBZ去除效果影响较大，酸性条件下初始反应速率较高但最终降解率低于碱性条件，pH=8.0时降解率最高，120min内20μM的高铁酸钾对4μMCBZ的降解率可达到80.9%；增加高铁酸钾浓度可显著提高CBZ去除率，pH=8.0的条件下30μM以上的高铁酸钾可以将4μM的CBZ完全去除；增加初始CBZ浓度降低了CBZ的表观降解率，但是提升了高铁酸钾降解CBZ的总量；温度升高对CBZ降解率的改善效果不明显；Na+、K+、Cl-和SO42-对降解效果几乎无影响，Ca2+、Mg2+和HCO3-对降解效果有小幅抑制作用，NOM对CBZ的降解效果起到显著抑制作用。 （2）高铁酸钾氧化降解CBZ的反应符合二级反应动力学规律：反应速率常数大小与pH和CBZ初始浓度呈负相关，与高铁酸钾投加量和温度呈正相关；利用阿伦尼乌斯方程计算得到高铁酸钾氧化CBZ反应的活化能为27.7kJ/mol。 （3）在单因素实验的基础上采用Box-BehnkenDesign(BBD)法拟合了CBZ降解率与pH、高铁酸钾投加量、初始CBZ浓度之间的回归方程，该模型具有较好的拟合精度及预测性。利用该模型预测高铁酸钾降解CBZ的最佳条件为：pH=7.7，初始CBZ浓度为2μM，高铁酸钾投加量为40μM，该条件下理论CBZ降解率可达99.54%，对该预测值进行实验验证后证明该预测基本准确可信。 （4）采用LC/MSMS共检测到8种不同的降解产物，推测高铁酸钾氧化降解CBZ的途径为高铁酸根通过攻击CBZ氮杂卓环上的烯烃双键形成环氧结构并对该结构进一步氧化，从而完成对CBZ的去除。
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