超生空化協(xié)同氧化電解法降解氯霉素的實(shí)驗(yàn)研究

李亞玲，劉 昊，蔣文強(qiáng)

(齊魯工業(yè)大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250353)

超生空化協(xié)同氧化電解法降解氯霉素的實(shí)驗(yàn)研究

李亞玲，劉 昊，蔣文強(qiáng)

(齊魯工業(yè)大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250353)

本文主要研究了超生空化協(xié)同氧化電解法在氯霉素廢水處理中的實(shí)驗(yàn)研究，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，僅利用氧化電解法對(duì)氯霉素的降解率僅為51%，而單獨(dú)超聲空化作用對(duì)氯霉素的降解不明顯，利用超聲空化作用能大大提高氧化電解法降解氯霉素的效果，在超聲功率200W、電流密度25 mA/cm2、反應(yīng)時(shí)間8h的最佳條件下，氯霉素降解率達(dá)到98.9%。

超聲；氧化電解；氯霉素

氯霉素是由委內(nèi)瑞拉鏈絲菌產(chǎn)生的抗生素，它屬抑菌性廣譜抗生素，因其價(jià)錢低廉的關(guān)系，氯霉素得以大量使用，但氯霉素具有很強(qiáng)的毒副作用，因此其大量使用勢(shì)必造成一定的環(huán)境污染，且氯霉素在自然水體環(huán)境中很難降解。因此對(duì)水體中氯霉素的降解成為研究熱點(diǎn)[1-2]。超聲空化作用的發(fā)現(xiàn)及使用對(duì)水體污染物的降解研究越來(lái)越多，然而其單一使用的效果較差，因此超聲空化往往與其他化學(xué)氧化法結(jié)合，以提高氧化的效果，本文以超聲空化協(xié)同氧化電解法，研究其對(duì)氯霉素的降解效果，實(shí)驗(yàn)分析降解的最佳條件[3-4]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)藥劑與儀器

TXN-3005型穩(wěn)壓直流電源、78-1型磁力加熱攪拌器、鈦基釕鈦氧化物涂層電極(DSA)、500mL電解槽、CS-250DE型超聲波發(fā)生器(超聲頻率為固定值22 kHz)、Agilent 1100型高效液相色譜儀、AuI-220型分析天平。

氯霉素標(biāo)準(zhǔn)品(純度≥98%)，甲醇(色譜純)，鹽酸，氫氧化鈉，超純水。

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置與材料

試驗(yàn)反應(yīng)器由穩(wěn)壓電源、電解槽、超聲系統(tǒng)等組成。實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

1. 穩(wěn)壓直流電源；2. 超聲波探頭；3. 鈦基釕鈦氧化物涂層電極；4. 超聲波發(fā)生器圖1 實(shí)驗(yàn)小試裝置

1.3 測(cè)試指標(biāo)和測(cè)試方法

氯霉素含量：HPLC法；檢測(cè)器：UV-VIS；色譜柱： Phenomennex luna C18 250×4.6 mm；流動(dòng)相：甲醇和水(60:40，v/v)；流速：0.50 mL/min；檢測(cè)波長(zhǎng)：278 nm。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

(1)首先配置一定濃度氯霉素水樣分別采用超聲空化法、氧化電解法研究其對(duì)氯霉素的降解。

(2)將超聲空化協(xié)同氧化電解對(duì)氯霉素標(biāo)準(zhǔn)水樣進(jìn)行降解實(shí)驗(yàn)分析。

(3)超聲空化協(xié)同氧化電解對(duì)氯霉素標(biāo)準(zhǔn)水樣降解的最佳條件探究。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 超聲空化協(xié)同氧化電解效果的初步研究

分別取500 mL 氯霉素水樣(200 mg/L)加入電解槽中，研究不同的體系下氯霉素的降解情況。①單獨(dú)氧化電解(DSA)，控制電壓6V，電流1.2A以不銹鋼電極網(wǎng)為陰極，選用鈦基氧化物涂層電極(釕鈦)為陽(yáng)極進(jìn)行電解小試實(shí)驗(yàn)，每隔1h取樣測(cè)定氯霉素含量。②單獨(dú)組裝超聲空化系統(tǒng)(US)，控制超聲功率為200W，每隔1h取樣測(cè)定氯霉素含量。③組合超聲空化協(xié)同氧化電解(US/DSA)裝置對(duì)氯霉素進(jìn)行降解實(shí)驗(yàn)，每隔1h取樣測(cè)定氯霉素含量，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

實(shí)驗(yàn)條件：[氯霉素濃度]0=200 mg/L，[電壓] = 6V， [電流]= 1.2A，超聲功率：200 W圖2 超聲空化協(xié)同氧化電解效果的初步研究

從圖2我們可以看出，單獨(dú)US對(duì)氯霉素的降解隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，去除率逐漸增大，但整體效果不明顯，反應(yīng)8h后最大去除率僅為26%。單獨(dú)DSA對(duì)氯霉素的降解相比較單獨(dú)US效果較好，反應(yīng)8h后最大去除率可達(dá)到51%。而US/DSA對(duì)氯霉素的去除效果明顯，且超聲空化協(xié)同氧化電解的去除率大于單獨(dú)超聲與單獨(dú)氧化電解的去除率之和，最大去除率達(dá)到了94%。由于超聲空化作用，有效的防止并快速的使電極表面的氣泡破裂，在保證電流順利通過(guò)電極的同時(shí)，電極表面附件的氣泡空化核崩潰促使電極附件的溶液快速運(yùn)動(dòng)[5]。減少濃度的極化現(xiàn)象的產(chǎn)生，有效的提高了氧化電解的效率。因此說(shuō)明超聲空化可以有效協(xié)同強(qiáng)化氧化電解法對(duì)氯霉素的降解。

2.2 超聲功率對(duì)超聲空化協(xié)同氧化電解法的影響

取500 mL 氯霉素水樣(200 mg/L)加入電解槽中，調(diào)整超聲波發(fā)生器功率為100，200，300，400W，控制電壓6V，電流1.2A以不銹鋼電極網(wǎng)為陰極，選用鈦基氧化物涂層電極(釕鈦)為陽(yáng)極進(jìn)行電解，研究不同的超聲功率下氯霉素的降解情況。每隔1h取樣測(cè)定氯霉素含量，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

實(shí)驗(yàn)條件：[氯霉素濃度]0=200 mg/L，[電壓] = 6V，[電流]= 1.2A圖3 超聲功率對(duì)超聲空化協(xié)同氧化電解法的影響

由圖3我們可以看出，超聲功率對(duì)超聲空化協(xié)同氧化電解的效果有一定的影響。且超聲功率越高，初期去除率越大，說(shuō)明超聲功率的大小直接影響了整個(gè)反應(yīng)體系的反應(yīng)速度，在低超聲功率下超聲空化協(xié)同氧化電解的效果不明顯，而當(dāng)超聲功率為200W時(shí)，氯霉素去除率明顯提高，隨著超聲功率的增加，氯霉素去除率越高，但再提高功率對(duì)氯霉素去除率的提高不大，影響減小。充分考慮后期工程設(shè)計(jì)及處理成本選用200W超聲功率為最佳。

2.3 電流密度對(duì)超聲空化協(xié)同氧化電解法的影響

取500 mL 氯霉素水樣(200 mg/L)加入電解槽中，固定超聲波發(fā)生器功率為200W，以不銹鋼電極網(wǎng)為陰極，選用鈦基氧化物涂層電極(釕鈦)為陽(yáng)極進(jìn)行電解，采用恒電流方法，控制電流密度分別為i=5，10，15，20，25，30，35 mA/cm2，研究不同的電流密度下氯霉素的降解情況。反應(yīng)8 h后，取樣測(cè)定氯霉素殘余量，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

實(shí)驗(yàn)條件：[氯霉素濃度]0=200 mg/L，超聲功率：200 W圖4 電流密度對(duì)超聲空化協(xié)同氧化電解法的影響

由圖4我們可以看出，電流密度對(duì)超聲空化協(xié)同氧化電解法降解氯霉素的影響較大，在低電流密度時(shí)，電解8 h后，水樣中氯霉素殘余量仍達(dá)到132 mg/L，去除率僅為34%，而隨著電流密度的增大，氯霉素殘余量大幅度降低，在電流密度為25mA/cm2時(shí)，水樣中氯霉素殘余量?jī)H為14 mg/L，氯霉素降解率達(dá)到98.9%。且隨著電流密度的繼續(xù)增加氯霉素降解速率變緩，因此綜合考慮比較經(jīng)濟(jì)成本，在電流密度為25 mA/cm2時(shí)，處理成本較低，效果較好。

3 結(jié)論

(1)利用氧化電解法對(duì)氯霉素的降解率僅為51%，而單獨(dú)超聲空化作用對(duì)氯霉素的降解不明顯，利用超聲空化作用能大大提高氧化電解法降解氯霉素的效果，且超聲空化協(xié)同氧化電解的去除率大于單獨(dú)超聲與單獨(dú)氧化電解的去除率之和，最大去除率達(dá)到了94%。

(2)超聲功率越高，初期去除率越大，在低超聲功率下超聲空化協(xié)同氧化電解的效果不明顯，而當(dāng)超聲功率為200W時(shí)，氯霉素去除率明顯提高，隨著超聲功率的增加，氯霉素去除率越高，選用200W超聲功率為最佳。

(3)隨著電流密度的增大，氯霉素殘余量大幅度降低，在電流密度為25mA/cm2時(shí)，水樣中氯霉素殘余量?jī)H為14 mg/L。

[1] 史雅慧,國(guó)偉林.抗生素廢水的超聲空化效應(yīng)降解研究[D].濟(jì)南:濟(jì)南大學(xué),2010.

[2] Méndez-Arriaga F,Torres-Palma R A,Pétrier C,et al.Ultrasonic treatment of water contaminated with ibuprofen[J]. Water Research,2008,42(6): 4243-4248.

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[5] 王西奎,陳貫虹,國(guó)偉林.水溶液中甲基橙的超聲化學(xué)降解動(dòng)力學(xué)研究[J].環(huán)境污染與防治,2004,26(1):6-13.

(本文文獻(xiàn)格式：李亞玲，劉 昊，蔣文強(qiáng).超生空化協(xié)同氧化電解法降解氯霉素的實(shí)驗(yàn)研究[J].山東化工,2017,46(3):19-20,23.)

Experimental Study on Degradation of Chloramphenicol by Synergetic Oxidation and Electrolysis Under Ultrasonic Cavitation

LiYaling，LiuHao，JiangWenqiang

(Environmental Science and Engineering,Qilu University of Technology,Jinan 250353,China)

This paper studies the synergistic oxidation and electrolysis of chloramphenicol wastewater treatment in the experimental study, the experimental verification, only the use of electrolytic oxidation of chloramphenicol degradation rate was only 51%, while the single ultrasonic cavitation The degradation of chloramphenicol was not obvious by ultrasonic cavitation. Chloramphenicol was degraded under the conditions of ultrasonic power of 200W, current density of 25mA/cm2and reaction time of 8h. Rate of 98.9%.

US;electrolytic oxidation;chloramphenicol

2016-12-20

李亞玲(1993—)，女，山東菏澤人，主要研究新型氧化電解對(duì)特征廢水的處理及其在土壤修復(fù)中的應(yīng)用等。

TQ465.3

A

1008-021X(2017)03-0019-02