CN104310525A - 阳离子型表面活性剂强化单线态氧降解水中磺胺类抗生素的方法 - Google Patents

阳离子型表面活性剂强化单线态氧降解水中磺胺类抗生素的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种采用光敏氧化降解磺胺类抗生素的方法，涉及到一种利用阳离子表面活性剂强化光敏氧化的效率，高效快速降解磺胺类抗生素的新方法，属于水污染处理的方法领域。本发明利用染料玫瑰红在太阳光下与氧气产生强氧化的单线态氧氧化降解磺胺类抗生素，通过引入阳离子型表面活性剂进一步强化、促进氧化效果，快速、高效地降解磺胺类抗生素，降低其对环境以及人类的潜在风险。本发明同时对磺胺类抗生素的浓度进行考察，在所考察的浓度范围内，阳离子型表面活性剂均能强化单线态氧的氧化效果，具有很好的可行性及应用前景。

Description

阳离子型表面活性剂强化单线态氧降解水中磺胺类抗生素的方法
技术领域
本发明涉及一种阳离子型表面活性剂强化单线态氧降解水中抗生素的方法，属于水污染处理的方法领域。
背景技术
近年来，抗生素类物质被广泛应用于人和动物疾病的治疗，也以亚治疗剂量长期添加于动物饲料中以预防疾病及促进生长，它在不断治愈人和动物疾病的同时，通过各种途径排放到环境中，在环境介质中(特别是水体中)被广泛检出，如文献“Environ.Sci.Technol.,2003,37,5479-5486.”,“Chemosphere,2004,57,1479-1488.”,”J.Chromatogr.A,2001,938,199-210.”分别报道了在污水、医院废水及饮用水中都检出了抗生素。抗生素在环境中会诱导引起耐药性细菌的出现，如文献“Environ.Sci.Technol.,2003,37,1713-1719.”从而严重威胁人类健康和生态系统安全，目前已引起了全世界的高度关注。在抗生素的环境排放中，污水处理厂作为源和汇，起到很重要的作用。但是由于抗生素成分复杂、含多种抑菌物质等性质而难以被传统的生物法降解。如磺胺类抗生素具有抗菌谱广、使用简单、价格低廉等优点使其被大量地用于预防和治疗细菌感染性疾病中，其难被生物降解，如文献“Chemosphere,2004,57,505-512.”利用生物降解水环境中18种抗生素类药物时，发现大部分抗生素较难被降解，经过28天降解，所有抗生素的转化率均在60％以下，其中磺胺类未被降解。文献“Chemosphere,2006,65,1295-1299.”分别测定了含乙酰磺胺、磺胺噻唑、磺胺甲恶唑和磺胺嘧啶废水的BOD5，结果表明这些磺胺类药物是很难被生物降解的。因此，目前传统的污水生物处理工艺对磺胺类抗生素的处理效果不理想，如文献“Water Res.,2007,41,4526-4534.”研究了中国珠江三角洲的四个污水处理厂的磺胺类抗生素、氟喹诺酮类抗生素及大环内酯类抗生素，结果表明磺胺类的去除效果最差，去除率为50％左右。文献“Water Res.,2004,38,2918-2926.”在西班牙的污水处理厂中，对磺胺类抗生素的去除率只有60％。文献“Chemosphere,2007,66,894-904.”对德国布伦瑞克的一个污水处理厂调查表明该厂检出的药物中磺胺甲恶唑的去除率只有24％。
由于传统的污水生物处理技术不能适应去除残留抗生素的要求，各种高级氧化技术应用而生。高级氧化技术是指通过物理化学和化学的方法直接将污水中的污染物矿化为无机物，或将其转化为易生物降解或低毒的中间产物，其通过产生强氧化性的自由基，如·OH和1O2等而去除水中高稳定性、毒性大、难以生物降解的污染物，其应用较广的有UV/O3、光/芬顿、光敏氧化、UV/TiO2等。
光敏氧化是近年来新兴的一种高级氧化技术。在光敏氧化过程中，文献“J.Am.Chem.Soc.,1996,118,3297-3298.”“J.Photochem.Photobiol.,1999,123,53-59.”指出敏化剂吸收光后被激发到高能级态，开始被激发到单线态，然后通过系间跨越到三线态。被激发的敏化剂三线态通过将能量转移给普遍存在的分子氧生成单线态氧。文献“Journal of Hazardous Materials,2007,146,502-507.”利用即光敏氧化能够快速的降解二氯酚(二氯酚分子态时的二级反应速率常数为1.5×105M-1s-1)。文献“Journal of Photochemistry and Photobiology A:Chemistry,1998,116,251-256.”利用光敏氧化能够快速降解苯酚(在中性条件下的二级反应速率常数为2.3×106M-1s-1)。据文献报道，单线态氧与多种抗生素具有很高的反应速率常数。文献“Journal of Photochemistry and Photobiology B:Biology,1998,43,164-171.”指出四环素在pH＝10时，与单线态氧反应的二级反应速率常数为1.3×108M-1s-1.文献“Redox Report,2012,17,275-283.”指出阿莫西林在pH＝10时，与单线态氧反应的二级反应速率常数为9.2×107M-1s-1。本发明研究发现磺胺类抗生素在pH为4-12的范围内，其与单线态氧的二级反应速率常数范围在1.0×106～4.6×107M-1s-1之间，并且发现在pH＝7时，磺胺类抗生素与单线态氧反应的二级反应速率常数最大。综上，单线态氧具有高效快速氧化抗生素的潜力。但是，目前还未见采用单线态氧氧化降解抗生素相关方法和体系的报道。
本方法利用自然界普遍存在太阳光及氧气，以磺胺类抗生素为例，研究发现阳离子型表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)能够强化光敏剂玫瑰红产生单线态氧，从而高效快速地降解磺胺类抗生素。根据文献报道的抗生素与单线态氧反应速率情况推测，该方法在对多类抗生素都会具有很好的氧化能力和降解效果。
发明内容
本发明的目的是一种利用玫瑰红在光照条件下与氧气产生强氧化性的单线态氧氧化降解磺胺类抗生素，通过引入阳离子型表面活性剂进一步强化、促进氧化效果，快速、高效地降解磺胺类抗生素，同时考察了磺胺类抗生素的浓度对其降解的影响新方法。
本发明的技术方案如下：
一种阳离子型表面活性剂强化单线态氧降解水中磺胺类抗生素(SAs)的方法，步骤如下：
采用玫瑰红(RB)为敏化剂，十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为阳离子型表面活性剂。配制下述三种溶液：
SAs+CTAB；
SAs+RB；
SAs+RB+CTAB；
上述三种溶液中，CTAB≥1mM(大于等于一个胶束浓度CMC)，SAs与RB的摩尔比为SAs:RB＝1:1；将上述三种溶液调至pH＝7，置于光解管中，将光解管置于自然光下。
根据所测定的上述三种溶液中SAs的半减期，确定三种溶液的光解时间，在每一种溶液的光解时间内选10个时间点间隔取样并进行检测分析；SAs的液相检测条件为：柱温25℃，流动相由体积百分含量为30％的乙腈和体积百分含量为70％的10mM的乙酸铵组成，流速为1.0mL/min，紫外检测波长为260nm。
本发明的有益效果是：主要利用玫瑰红作为敏化剂，文献“J.S.Miller/Water Research,2005,39,412-422.”指出玫瑰红的激发三线态能够很有效的将能量传递给氧气，生成具有氧化能力的单线态氧，生成单线态氧的量子产量高达0.76。利用自然界普遍存在且取之不尽的太阳光和氧气，并采用目前普遍使用的阳离子型表面活性剂，通过玫瑰红产生单线态氧，可以快速高效去除磺胺类抗生素。通过考察磺胺类抗生素浓度对降解的影响，发现在本发明考察的范围内，磺胺类抗生素都能被高效的氧化降解。鉴于文献报道的其他抗生素与单线态氧反应的速率情况，该方法对于磺胺类、四环素类等多种抗生素都会具有很好的氧化能力，该方法在含抗生素废水的处理中具有良好的潜力和应用前景。
附图说明
图1太阳光下，磺胺噻唑在纯水和RB+CTAB溶液中的光氧化动力学曲线。
图2太阳光下，磺胺嘧啶在纯水和RB+CTAB溶液中的光氧化动力学曲线。
图3太阳光下，磺胺多辛在纯水和RB+CTAB溶液中的光氧化动力学曲线。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图，进一步说明本发明的具体实施方式。
实施例1
五元环-磺胺噻唑(STZ)的氧化降解及浓度效应的考察：
(1)磺胺噻唑的氧化降解：
将含STZ的四种溶液放置于自然光下，用HPLC检测分析得出结果见表1。STZ直接光解的半减期为2.36h。加入RB之后，即光敏氧化降解之后STZ的半减期为0.16h，促进了14.93倍。加入CTAB之后，光敏氧化被强化了26倍，同时比STZ自身光解促进了388.65倍，半减期仅为36s。
(2)浓度效应的考察
配制三组含STZ的上述四种溶液，其中三组溶液中[CTAB]＝1CMC，[STZ]：[RB]分别为1:1，10:1，40:1，将其调至pH＝7，将其置于光解管中，并将光解管置于光解箱中(模拟光照条件：光源为500W汞灯，采用290nm滤光片滤去短波长的紫外光)，取样进行分析，结果如表1。在考察的三种浓度比条件下，STZ的直接光解半减期分别为12.84h、4.62h、7.22h。STZ均能较快的被光敏氧化，在STZ自身光解的基础上，分别促进了135.82倍、76.82倍、99.06倍。加入CTAB之后，STZ均能够被高效快速的氧化降解。在直接光解基础上，分别促进了1931.59倍、249.87倍、107.12倍。在光敏氧化的基础上，加入CTAB之后，分别促进了14.2倍、3.2倍、1.1倍，STZ的半减期分别缩短至0.6min、1.2min、4min。
表1 太阳光下，磺胺嘧啶(SD)、磺胺多辛(SDX)、磺胺噻唑(STZ)的光氧化情况
处理 t1/2(h) 促进倍数
SD 9.63 -
SD+CTAB 3.04 3.17
SD+RB 0.04 234.41
SD+RB+CTAB 0.02 574.68
SDX 11.55 -
SDX+CTAB 11.55 1.00
SDX+RB 0.61 19.00
SDX+RB+CTAB 0.13 89.38
STZ 2.36 -
STZ+CTAB 0.15 15.83
STZ+RB 0.16 14.93
STZ+RB+CTAB 0.01 388.65
实施例2
六元环-磺胺嘧啶(SD)的氧化降解：将含SD的四种溶液放置于太阳光下，用HPLC检测分析得出结果见表1。在太阳光下，SD直接光解的半减期为9.63h。加入RB之后，即光敏氧化降解之后SD的半减期为2.4min，促进了234.41倍。加入CTAB之后，光敏氧化被强化了2.45倍，同时比SD自身光解直接光解促进了574.68倍，半减期仅为72s。
实施例3
六元环-磺胺多辛(SDX)的氧化降解：将含SDX的四种溶液放置于太阳光下，用HPLC检测分析得出结果见表1。在太阳光下，SDX直接光解的半减期为11.55h。加入RB之后，即光敏氧化降解之后SDX的半减期为36.6min，促进了19倍。加入CTAB之后，光敏氧化被强化了4.7倍，同时比SDX自身光解促进了89.38倍，半减期缩短至7.8min。
表2 模拟太阳光下，不同浓度下磺胺噻唑的光氧化情况

Claims (2)

1.一种阳离子型表面活性剂强化单线态氧降解水中磺胺类抗生素的方法，其特征在于步骤如下：
采用RB为敏化剂，CTAB为阳离子型表面活性剂；配制下述三种溶液：
SAs+CTAB；
SAs+RB；
SAs+RB+CTAB；
上述三种溶液中，CTAB≥1mM(大于等于一个胶束浓度CMC)，SAs与RB的摩尔比为SAs:RB＝1:1；将上述三种溶液调至pH＝7，置于光解管中，将光解管置于自然光下。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按所述三种溶液中SAs的半减期，确定三种溶液的光解时间，在每一种溶液的光解时间内选10个时间点间隔取样并进行检测分析；SAs的液相检测条件为：柱温25℃，流动相由体积百分含量为30％的乙腈和体积百分含量为70％的10mM的乙酸铵组成，流速为1.0mL/min，紫外检测波长为260nm。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106698579A (zh) * 2017-01-16 2017-05-24 成都理工大学 一种氧化石墨烯吸附和光敏氧化协同去除水体中污染物的方法
CN107213462A (zh) * 2017-07-25 2017-09-29 国家纳米科学中心 一种增强icg单线态氧产量的方法及icg包覆的纳米金颗粒及其制备方法
CN113003668A (zh) * 2021-02-02 2021-06-22 同济大学 一种三维电化学反应器原位产生单线态氧对尿液灭活同步去除PPCPs的方法
CN113913853A (zh) * 2021-11-23 2022-01-11 浙江工业大学 一种表面活性剂协同吸附下溴代酚类化合物的电化学深度降解方法
CN115343246A (zh) * 2022-08-24 2022-11-15 辽宁大学 一种冰相中单线态氧稳态浓度的估算方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010026594A1 (en) * 2008-09-07 2010-03-11 Ramot At Tel Aviv University Ltd. Method and system for treating contaminated water
CN101891274A (zh) * 2010-07-27 2010-11-24 北京师范大学 一种室外自然光-过氧化氢协同处理结晶紫污染污水的方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010026594A1 (en) * 2008-09-07 2010-03-11 Ramot At Tel Aviv University Ltd. Method and system for treating contaminated water
CN101891274A (zh) * 2010-07-27 2010-11-24 北京师范大学 一种室外自然光-过氧化氢协同处理结晶紫污染污水的方法

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HONGKEE SAH: "Degradation patterns of tetracycline antibiotics in reverse micelles and water", 《BIOMEDICAL CHROMATOGRAPHY》 *
XIANLIANG QIAO等: "Faster photodegradation rate and higher dioxin yield of triclosan induced by cationic surfactant CTAB", 《JOURNAL OF HAZARDOUS MATERIALS》 *
李静: "表面活性剂对水中土霉素光解的影响", 《中国优秀硕士论文全文数据库工程科技I辑》 *
王丹军等: "几种表面活性剂和色素物质对氯苯嘧啶醇光化学降解的影响", 《安徽农业科学》 *
肖杰等: "4种表面活性剂对水中土霉素光解的影响", 《农业环境科学学报》 *
葛林科等: "抗生素在水环境中的光化学行为", 《中国科学：化学》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106698579A (zh) * 2017-01-16 2017-05-24 成都理工大学 一种氧化石墨烯吸附和光敏氧化协同去除水体中污染物的方法
CN107213462A (zh) * 2017-07-25 2017-09-29 国家纳米科学中心 一种增强icg单线态氧产量的方法及icg包覆的纳米金颗粒及其制备方法
CN113003668A (zh) * 2021-02-02 2021-06-22 同济大学 一种三维电化学反应器原位产生单线态氧对尿液灭活同步去除PPCPs的方法
CN113913853A (zh) * 2021-11-23 2022-01-11 浙江工业大学 一种表面活性剂协同吸附下溴代酚类化合物的电化学深度降解方法
CN115343246A (zh) * 2022-08-24 2022-11-15 辽宁大学 一种冰相中单线态氧稳态浓度的估算方法

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