介質阻擋放電降解水中的吉非羅齊的研究

張楠楠 汪家權 胡淑恒

摘要：指出了近年來，藥物及個人護理用品（PPCPs）被大量使用，已經(jīng)時動植物和人類造成了很大的影響。吉非羅齊（GEM）是在世界上廣泛使用的抗血脂類藥物，在污水處理廠中經(jīng)常頻繁檢出。而傳統(tǒng)的污水處理廠對GEM的去除效率較低，因而需要發(fā)展更有效的去除水中類似藥物的技術。采用了一種新型的高級氧化技術一介質阻擋放電（DBD）等離子體來降解水中的GEM，并利用高效液相色譜（HPLC）檢測了樣品中殘留的GEM的濃度，考察了放電時間和放電功率等對降解效率的影響。結果表明：DBD可以有效地降解水中的GEM，并隨著放電時間和放電功率的增加降解效率也逐漸增加。

關鍵詞：吉非羅齊;介質阻擋放電;降解率;放電功率

中圖分類號：X703

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）8-0005-03

1 引言

藥物及個人護理用品（ PPCPs）包含很多種類·例如抗生素、防曬霜、香皂等[1]。由于PPCPs的大量使用，使其成為一種新型的有機污染物，受到國內(nèi)外學者的廣泛關注[2]。吉非羅齊（GEM，圖1）是一種血脂調節(jié)藥物，用于治療高血脂等疾病[3]。GEM進入污水處理廠后不能被完全去除，隨著出水可以進入到水環(huán)境巾，造成二次污染。Stumpf等[4]研究發(fā)現(xiàn)巴西的一個污水處理廠對吉非羅齊的降解率僅有16%～46%，在出水中仍然可以檢測到吉非羅齊濃度達0.18 μg/L。Mustafa[5]等表明在某醫(yī)院廢水中GEM的濃度在μg/L水平。

介質阻擋放電（DBD）是高級氧化技術的一種，具有去除率高、易操作等優(yōu)點。DBD放電過程中可以產(chǎn)生羥基自由基（·0H）、臭氧等活性物質，這類物質氧化能力很強·可以與目標污染物進行反應，從而達到降解污染物的目的（如式1）[6]。王占華[7]等利用介質阻擋放電和電暈放電組合來降解大紅染料廢水，結果表明組合裝置放電狀態(tài)良好，在放電范圍內(nèi)產(chǎn)生大量的等離子體和活性物質，可以與有機物反應使其降解。

活性物質+GEM→降解產(chǎn)物

（1）

本文研究了DBD對GEM的降解能力，并考察了放電功率對GEM降解的影響。

2 實驗試劑與儀器

2.1 實驗試劑

吉非羅齊（中國食品藥品檢定，純度大于99%）;乙腈（Tedia公司，色譜純）;磷酸（國藥化學試劑有限公司，分析純）;氫氧化鈉（國藥化學試劑有限公司，分析純）;鹽酸（國藥化學試劑有限公司，分析純）;超純水。

2.2 實驗儀器

等離子體高頻高壓電源（南京蘇曼電子有限公司，CTP-2000K）;高效液相色譜（DIONEX有限公司，Ul-timate 3000）;電子分析天平（METTLER TOLEDO有限公司，XSE105DU）。

2.3 實驗反應器

實驗過程中所用的反應器如圖2所示。

圖中，1為接等離子體高頻高壓電源;2為高壓電極;3為上支架;4為可調節(jié)旋鈕;5為電介質;6為容器;7為接地電極;8為下支架;9為電極。

接通高壓電源時，由于電介質的阻斷了兩電極之間的電流，使得電極間的氣體發(fā)生了電離、激發(fā)、自由基形成等過程，從而形成離子、自由基（·0H）等活性物質。部分活性物質進入到溶液中與目標污染物發(fā)生反應，從而達到降解的目的。

2.4 實驗方法

2.4.1 液相色譜條件

利用Ultimate 3000型高效液相色譜進行分析，外標法定量。液相色譜條件為：Thermo C18色譜柱，拄溫為30℃，流速為1.O mL/min，流動相為乙腈：水（含0.5%醋酸）=50：50，紫外檢測波長為274 nm。

2.4.2 GEM的標準曲線

分別量取1、3、5、7、9、11 mL的濃度為100 mg/L的GEM標準儲備溶液于100 mL容量瓶中稀釋定容成1、3、5、7、9、11 mg/L的溶液，利用HPLC測量溶液中GEM濃度，根據(jù)HPLC測得的GFM峰面積與GFM濃度作圖得出GEM的標準曲線。

2.4.3 GEM的放電降解實驗

在介質阻擋放電降解有機物的過程中，放電功率是一項十分重要的參數(shù)，直接關系到放電過程中產(chǎn)生的.OH濃度等[8]。

準確量取濃度為100 mg/L的GEM標準儲備溶液10 mL于100 mL的容量瓶中，定容配成10 mg/L的GEM待處理溶液。每次實驗時量取10 mL濃度為10m g/L的GEM溶液于反應器中，在不同的放電功率下處理一定時間后取樣，利用HPLC測量溶液中殘存的GEM的濃度。

根據(jù)下式計算GEM的降解率：

式中，C。（mg/L）為初始O時刻溶液中GEM的濃度;Gt（mg/L）為處理t時刻后溶液中殘留的GEM的濃度。

根據(jù)下式計算GEM的能量效率，即表示每消耗單位能量降解的GEM的量：

式中，C。（mg/L）是NOR的初始濃度;V（L）是溶液體積;η（%）是NOR的降解率;P（kW）是放電功率;t（h）是放電時間。

3 結果與討論

3.1 GEM的標準曲線

如圖3所示為GEM的標準曲線。經(jīng)過擬合得到GEM的標準曲線的線性回歸方程為y=12.6204x+0.23796，R2 =0. 99963：這表明吉非羅齊濃度在O～11mg/L范圍內(nèi)，峰面積與濃度呈現(xiàn)出較好的線性關系。

3.2 不同放電功率對GEM降解的影響

如圖4所示，隨著放電時間的推移，在每個放電功率下GEM的降解率都是逐漸增加的。GEM的降解率隨著放電功率的增加而增加。放電功率為40 W時，放電2min后，GEM的降解率為42.7%;放電時間持續(xù)到4 min時，GEM的降解率達到62.5%。此外，放電功率從40W增加到60 W時，放電2min后，GEM的降解率增加到51.6%;當放電功率從60 W增加到80 W時，放電2min后，GEM的降解率增加到65.2%。當持續(xù)放電處理6 min后，放電功率為40 W的降解率為77.2%，放電功率為60 W的降解率為83.3%，當放電功率從60 W增加到80 W時，降解率提高了 9%。從圖4中還可以看出，在0～2 min內(nèi)，CJEM的降解率增長幅度高于后續(xù)時間段。

從圖5可以看到，能量效率隨著GEM降解效率的增加而逐漸降低。這可能是因為隨著放電的持續(xù)進行，溶液中GEM的量逐漸減少，在相同條件下能與活性物質反應的目標污染物就減少了，產(chǎn)生的活性物質沒有被有效利用，反應最開始時對能量的利用效率最大。并且隨著放電功率的增加，能量效率沒有發(fā)生顯著變化。綜上所述，并結合經(jīng)濟因素等條件，當放電功率為60 W時，GEM的降解降解率、能量效率較高以及較低的成本。

這可能是因為放電功率的增加使得放電產(chǎn)牛的.OH等活性物質的量增加，GEM與·OH反應的幾率增加，導斂降解率的增加。但隨著反應的進行，溶液中GEM的量逐漸減少，在相同條件下能與活性物質反應的污染物減少，產(chǎn)生的活性物質沒有被有效的利用，因而反應最開始時能量效率較高，隨后慢慢下降。

4 結論

本文研究的介質阻擋放電等離子體反應器可以有效的去除水中的GEM。隨著放電功率的增加，體系中產(chǎn)生的活性物質濃度增加，從而使得GEM的降解率增加。能量效率隨著降解率的增加而逐漸降低。當放電功率為60 W時，GEM的降解率、能量效率較高以及成本較低。這可能為處理含類似藥物的污水提供了一種有效的手段。

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