電芬頓降解鹽酸環(huán)丙沙星的試驗(yàn)研究

關(guān)鍵詞：電芬頓；鹽酸環(huán)丙沙星（CIP）；降解；水處理；FeS/ZIF-8@CNTs陰極材料中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2025）04-0021-03DOI： 10.3969/j.issn.1008-9500.2025.04.005

Experimental Study on Electro Fenton Degradation of Ciprofloxacin Hydrochloride

-BasedonFeS/ZIF-8@CNTsCathodeMaterial

LIZhijian，ZHANGLong，QUJitian，LIJunlin，F(xiàn)ENGQilin （Guangxi Lingshan Linxun Garden Sewage Treatment Co.，Ltd.，Lingshan5354Oo，China）

Abstract：The experiment uses characterizationtechniques such as scanning electron microscopyand X-rayphotoelectron spectroscopytoanalyze the material structureandcomposition，and evaluatethedegradation eficiencyofFeS/ZIF-8 @ （20 CNTs cathode materialon Ciprofloxacin hydrochloride （CIP）.Theresultsshowthatafter5repeateduses，thedegradation efficiencyof this catalyst for CIP only decreases by 8 . 0 % .The quenching test confirms that hydroxyl radicals （ ? ? OH）and superoxide anions play a crucial role in the CIP degradation process.

Keywords：electroFenton;Ciprofloxacinhydrochloride（CIP）;degradation;watertreatment;FeS/ZIF-8@CNTscathode material

鹽酸環(huán)丙沙星（Ciprofloxacinhydrochloride，CIP）作為一種廣譜抗生素，具有療效好、耐藥性小、可口服和可靜注等優(yōu)點(diǎn)，在臨床上得到廣泛應(yīng)用[1]。近年來(lái)，由于大量使用，地下水、醫(yī)療廢水以及污水處理廠進(jìn)水等都檢出一定量的CIP，最高濃度可達(dá)3 0 m g / L 。其已被列為一種新型污染物，傳統(tǒng)的水處理技術(shù)和常規(guī)氧化技術(shù)已無(wú)法滿足需求，當(dāng)前需要開(kāi)發(fā)水處理技術(shù)有效去除CIP。傳統(tǒng)電芬頓催化劑的穩(wěn)定性和循環(huán)利用能力有限，在實(shí)際應(yīng)用中面臨成本和操作復(fù)雜性問(wèn)題。試驗(yàn)圍繞電芬頓目前存在的弊端，制備 陰極材料。這種新型催化劑的制備工藝為未來(lái)水環(huán)境治理提供參考。

1試驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

主要試劑有CIP、飽和甘汞電極、2-甲基咪唑（ ）、碳納米管（CarbonNanotubes，CNTs）、Nafion溶液、鹽酸羥胺（ ）、聚乙烯吡咯烷酮（ ）、七水合硫酸亞鐵 ）、二硫代碳（ ）、糠醇（ ）、對(duì)苯醌（ ）及二水合乙酸鋅（ ）等。所有試劑均為分析純，試驗(yàn)用水通過(guò)超純水系統(tǒng)制備。主要儀器有電熱恒溫干燥箱、電化學(xué)工作站、pH計(jì)、超聲波清洗器、恒溫加熱磁力攪拌器、真空泵、紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)、高效液相色譜儀、掃描電鏡、X射線熒光光譜儀和X射線光電子能譜儀等。

1.2 陰極材料的制備

通過(guò) 、CNTs和 制備溶液A，通過(guò) 和甲醇（ ）制備溶液B，混勻、攪拌、離心、洗滌和干燥后得到ZIF-8@CNTs材料；利用熱熔法，將 、硫代硫酸鈉（ ）、單質(zhì)硫（S）、乙二醇（ ）和 混勻后攪拌，離心清洗后干燥，研磨后制備 ；取不同比例的ZIF-8@CNTs與黃鐵礦（ ），加入不同添加量的Nafion溶液，超聲使溶液分散均勻，材料涂敷于硬質(zhì)疏水碳布上風(fēng)干，制得 CNTs陰極材料作為催化劑。

1.3 CIP濃度測(cè)定

CIP最大吸收波長(zhǎng)為 ，因此利用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)在此波長(zhǎng)下進(jìn)行CIP濃度的初始測(cè)定，并采用高效液相色譜法輔助測(cè)定CIP的剩余濃度。

2 結(jié)果與討論

2.1材料形貌分析

如圖1所示，作為一種典型的金屬有機(jī)框架材料，ZIF-8晶體在CNTs上均勻分布，晶體呈現(xiàn)典型的十二面體形態(tài)，平均長(zhǎng)度約為 。CNTs的摻雜不影響ZIF-8的生長(zhǎng)，在原位生長(zhǎng)過(guò)程中，ZIF-8晶體成功附著在CNTs上，且更傾向于附著在較短的CNTs上。CNTs成為連接各ZIF-8前驅(qū)體的樞紐，形成互相連接的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，這種結(jié)構(gòu)有利于電荷轉(zhuǎn)移，降低粒子間傳導(dǎo)的電阻，導(dǎo)致制備的ZIF-8@CNTs材料具備半導(dǎo)體的特性。從圖2可以看出，摻雜CNTs后的ZIF-8材料具有更好的分散性，整體分布比較均勻。

2.2半定量測(cè)試

利用X射線熒光光譜儀對(duì)合成的催化劑各組分進(jìn)行定量分析，結(jié)果如表1所示。 和 在催化劑中占比最高，達(dá)到 8 9 . 6 % ，而材料含有 1 0 . 4 % 的 ，原因可能是制備過(guò)程加入 。

2.3X射線光電子能譜分析

由圖3可知， F e2 p 峰顯示 和 兩個(gè)峰，分別位于結(jié)合能約 7 1 0 e V 和 7 2 4 e V 處，表明 中 和 共存。結(jié)合能 1 8 0 e V 處的特征峰對(duì)應(yīng) ，表明硫主要以 的形式存在，對(duì) 的電化學(xué)活性和穩(wěn)定性有重要影響。由圖4可知，01s峰可能包含多種組分，對(duì)應(yīng)不同的活性氧物種，如金屬－氧鍵、吸附水或羥基等，這些活性氧物種在電芬頓反應(yīng)中可能參與電子轉(zhuǎn)移和氧化還原反應(yīng)[2]。

2.4穩(wěn)定性與自由基鑒定

通過(guò)重復(fù)使用試驗(yàn)對(duì) 陰極材料的穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)試。試驗(yàn)在Nafion溶液添加量為0 . 3 m L 、 負(fù)載量為 7 . 5 m g 、初始 值為4、初始電壓為 - 0 . 6 V 、通氧速率為 的條件下進(jìn)行，試驗(yàn)每次開(kāi)始之前向反應(yīng)體系內(nèi)投加 、 鹽酸羥胺作為助催化劑。如圖5所示，催化劑重復(fù)使用5次后，反應(yīng) 時(shí)對(duì)CIP的降解效率從 8 8 . 5 % 下降到 8 0 . 5 % ，表明 ZIF-8@CNTs陰極材料具有出色的穩(wěn)定性和重復(fù)使用性。其間通過(guò)添加特定的自由基清除劑來(lái)觀察CIP降解效率的變化。

羥基自由基 ）和超氧陰離子 ）作為電芬頓反應(yīng)的主要活性氧物種，其作用通過(guò)添加異丙醇、對(duì)苯醌、糠醇分別作為羥基自由基、超氧陰離子、單線態(tài)氧的清除劑進(jìn)行驗(yàn)證。如圖6所示，添加異丙醇和對(duì)苯醌后CIP的降解效率顯著下降，這證實(shí)·OH和 在CIP降解過(guò)程中的關(guān)鍵作用。

3結(jié)論

試驗(yàn)采用掃描電鏡分析ZIF-8@CNTs的前驅(qū)體形貌，采用X射線熒光光譜儀分析 的元素含量，采用X射線光電子能譜儀分析元素價(jià)態(tài)變化。 8@CNTs陰極材料在非均相電芬頓體系中對(duì)CIP的降解表現(xiàn)出良好效果，為抗生素廢水處理提供一種潛在方法。這些發(fā)現(xiàn)證實(shí) 陰極材料在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模上的高效性，而且連續(xù)使用的穩(wěn)定性彰顯其在實(shí)際應(yīng)用中的潛力。

參考文獻(xiàn)

1徐欣.雙金屬FeCo-ZIF材料活化過(guò)硫酸鹽降解鹽酸環(huán)丙沙星廢水的研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2023.

2徐驍，楊祥龍，陳婷，等.活性氧物種在環(huán)境污染物降解轉(zhuǎn)化中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2020（5）：1-8.