超生空化協同氧化電解法降解氯霉素的實驗研究

李亞玲，劉 昊，蔣文強

(齊魯工業大學 環境科學與工程學院，山東 濟南 250353)

超生空化協同氧化電解法降解氯霉素的實驗研究

李亞玲，劉 昊，蔣文強

(齊魯工業大學 環境科學與工程學院，山東 濟南 250353)

本文主要研究了超生空化協同氧化電解法在氯霉素廢水處理中的實驗研究，經試驗驗證，僅利用氧化電解法對氯霉素的降解率僅為51%，而單獨超聲空化作用對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、反應時間8h的最佳條件下，氯霉素降解率達到98.9%。

超聲；氧化電解；氯霉素

氯霉素是由委內瑞拉鏈絲菌產生的抗生素，它屬抑菌性廣譜抗生素，因其價錢低廉的關系，氯霉素得以大量使用，但氯霉素具有很強的毒副作用，因此其大量使用勢必造成一定的環境污染，且氯霉素在自然水體環境中很難降解。因此對水體中氯霉素的降解成為研究熱點[1-2]。超聲空化作用的發現及使用對水體污染物的降解研究越來越多，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氧化法結合，以提高氧化的效果，本文以超聲空化協同氧化電解法，研究其對氯霉素的降解效果，實驗分析降解的最佳條件[3-4]。

1 實驗部分

1.1 實驗藥劑與儀器

TXN-3005型穩壓直流電源、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。

氯霉素標準品(純度≥98%)，甲醇(色譜純)，鹽酸，氫氧化鈉，超純水。

1.2 實驗裝置與材料

試驗反應器由穩壓電源、電解槽、超聲系統等組成。實驗裝置如圖1所示。

1. 穩壓直流電源；2. 超聲波探頭；3. 鈦基釕鈦氧化物涂層電極；4. 超聲波發生器圖1 實驗小試裝置

1.3 測試指標和測試方法

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

1.4 實驗方法

(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氯霉素的降解。

(2)將超聲空化協同氧化電解對氯霉素標準水樣進行降解實驗分析。

(3)超聲空化協同氧化電解對氯霉素標準水樣降解的最佳條件探究。

2 實驗結果與討論

2.1 超聲空化協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單獨氧化電解(DSA)，控制電壓6V，電流1.2A以不銹鋼電極網為陰極，選用鈦基氧化物涂層電極(釕鈦)為陽極進行電解小試實驗，每隔1h取樣測定氯霉素含量。②單獨組裝超聲空化系統(US)，控制超聲功率為200W，每隔1h取樣測定氯霉素含量。③組合超聲空化協同氧化電解(US/DSA)裝置對氯霉素進行降解實驗，每隔1h取樣測定氯霉素含量，記錄實驗數據，實驗結果如圖2所示。

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

從圖2我們可以看出，單獨US對氯霉素的降解隨著反應時間的增加，去除率逐漸增大，但整體效果不明顯，反應8h后最大去除率僅為26%。單獨DSA對氯霉素的降解相比較單獨US效果較好，反應8h后最大去除率可達到51%。而US/DSA對氯霉素的去除效果明顯，且超聲空化協同氧化電解的去除率大于單獨超聲與單獨氧化電解的去除率之和，最大去除率達到了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電極的同時，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動[5]。減少濃度的極化現象的產生，有效的提高了氧化電解的效率。因此說明超聲空化可以有效協同強化氧化電解法對氯霉素的降解。

2.2 超聲功率對超聲空化協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，調整超聲波發生器功率為100，200，300，400W，控制電壓6V，電流1.2A以不銹鋼電極網為陰極，選用鈦基氧化物涂層電極(釕鈦)為陽極進行電解，研究不同的超聲功率下氯霉素的降解情況。每隔1h取樣測定氯霉素含量，記錄實驗數據，實驗結果如圖3所示。

實驗條件：[氯霉素濃度]0=200 mg/L，[電壓] = 6V，[電流]= 1.2A圖3 超聲功率對超聲空化協同氧化電解法的影響

由圖3我們可以看出，超聲功率對超聲空化協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，說明超聲功率的大小直接影響了整個反應體系的反應速度，在低超聲功率下超聲空化協同氧化電解的效果不明顯，而當超聲功率為200W時，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，但再提高功率對氯霉素去除率的提高不大，影響減小。充分考慮后期工程設計及處理成本選用200W超聲功率為最佳。

2.3 電流密度對超聲空化協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，固定超聲波發生器功率為200W，以不銹鋼電極網為陰極，選用鈦基氧化物涂層電極(釕鈦)為陽極進行電解，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8 h后，取樣測定氯霉素殘余量，記錄實驗數據，實驗結果如圖4所示。

實驗條件：[氯霉素濃度]0=200 mg/L，超聲功率：200 W圖4 電流密度對超聲空化協同氧化電解法的影響

由圖4我們可以看出，電流密度對超聲空化協同氧化電解法降解氯霉素的影響較大，在低電流密度時，電解8 h后，水樣中氯霉素殘余量仍達到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，水樣中氯霉素殘余量僅為14 mg/L，氯霉素降解率達到98.9%。且隨著電流密度的繼續增加氯霉素降解速率變緩，因此綜合考慮比較經濟成本，在電流密度為25 mA/cm2時，處理成本較低，效果較好。

3 結論

(1)利用氧化電解法對氯霉素的降解率僅為51%，而單獨超聲空化作用對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，且超聲空化協同氧化電解的去除率大于單獨超聲與單獨氧化電解的去除率之和，最大去除率達到了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同氧化電解的效果不明顯，而當超聲功率為200W時，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，水樣中氯霉素殘余量僅為14 mg/L。

[1] 史雅慧,國偉林.抗生素廢水的超聲空化效應降解研究[D].濟南:濟南大學,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.

[3] 宋 丹,何德文.超聲技術處理水中阿特拉津與2,4-D的研究[D].長沙:中南大學,2010.

[4] Flores-Escribano,Juan C.Sonolysis of pharmaceutical and personal care products as an advanced oxidation process for the remediation treatment of wastewater effluents[J]. Masters Abstracts International,2008,46(4):110.

[5] 王西奎,陳貫虹,國偉林.水溶液中甲基橙的超聲化學降解動力學研究[J].環境污染與防治,2004,26(1):6-13.

(本文文獻格式：李亞玲，劉 昊，蔣文強.超生空化協同氧化電解法降解氯霉素的實驗研究[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特征廢水的處理及其在土壤修復中的應用等。

TQ465.3

A

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