摘要
抗生素滥用导致的健康与环境问题已成为人们的共识，尤其是近年来，在地表水、地下水、饮用水及污水处理厂出水中均检测到四环素类、磺胺类和喹诺酮类等抗生素污染物。抗生素类污染物具有难生物降解、生物毒性强、易导致细菌产生耐药性和抗性基因等特性。磺胺甲恶唑（SMX）作为典型的磺胺类抗生素，实际环境中的浓度不高，但由于会长期存在并不断积累，影响水环境安全和人类健康。如何科学有效的去除环境残留抗生素已经成为亟待解决的关键问题。 传统的生物法、混凝沉淀法、吸附法无法对抗生素类污染物彻底去除。高级氧化技术具有去除效率高、工艺简单、能适用于大部分的污染物，并可能将水中有机污染物彻底矿化等特点，对有机污染废水的处理展现出了突出的能力。其中，以硫酸根自由基（SO4?ˉ）为活性物质的过硫酸盐高级氧化体系应用于抗生素类污染物的处理逐渐成为国内外学者的研究热点。 高级氧化技术的关键在于开发高效稳定、环境友好的催化剂。本实验以5mg/L的SMX为目标污染物，采用天然硫铁矿加工中间产物FeS为基底材料，以两步法自主合成制备了CuO@FeOx双金属复合催化剂，采用过一硫酸盐（PMS）为氧化剂，探究了CuO@FeOx/PMS体系去除自然水体中SMX的可行性，对反应机理进行了初步探究。具体研究内容和结果如下： （1）发现CuO@FeOx/PMS体系降解SMX的能力远高于单独CuO或FeOx催化PMS。对比了不同煅烧条件下CuO@FeOx/PMS体系降解SMX的效果，优化最佳煅烧条件。利用X射线粉末衍射（XRD），扫描电子显微镜（SEM），X射线光电子能谱（XPS）等表征技术分析催化剂特性。结果证明CuO成功覆在以FeS为基底材料的催化剂表面，部分FeS已被氧化成Fe3O4或Fe2O3，优异的磁性能有利于催化剂的循环使用。研究发现材料表面存在大量的介孔结构，进一步增强了材料的催化性能。 （2）以自然水体为目标水体，利用单因素影响实验对关键运行参数如催化剂投加量、PMS投加量、初始pH进行优化，结果表明该催化体系在较宽的pH范围内（3-9）均表现出较高的催化作用。综合考虑目标污染物的去除效果和工艺的经济成本，最后确定最佳工况为水溶液初始pH（5.84）不调整，催化剂投加量0.2g/L，PMS投加量0.2mM，此时污染物的去除率可达100%。 （3）基于自由基的淬灭实验以及电子顺磁共振（EPR）测试确定了CuO@FeOx/PMS体系中的自由基类型为羟基自由基（HO?）和硫酸根自由基（SO4?ˉ）。在最佳工况下探究了共存阴离子（Clˉ、NO3ˉ、HCO3ˉ等）和天然有机物（HA）对体系降解效果的影响。结果发现，除了Clˉ对CuO@FeOx/PMS体系有明显的促进作用外，其它阴离子均表现出抑制作用，抑制作用的强弱顺序为H2PO4ˉ＞HCO3ˉ＞NO3ˉ，HA也对体系存在很轻微的抑制作用。同时，CuO@FeOx/PMS体系对阿特拉津（ATZ）、卡马西平（CBZ）、双酚A（BPA），2,4-二氯苯酚（2,4-DCP）、双氯酚酸钠（DCF）等典型有机污染物均表现出良好的降解效果，在不同实际水体中也能保持很好的催化活性。
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