TiO2光催化降解水中羅硝唑的研究

高麗紅　李敏勝

摘 要：考察TiO2光催化降解水中羅硝唑的效果。方法：以TiO2為光催化劑，在紫外光下進行了羅硝唑的降解研究，考察了TiO2投加量、溶液初始pH值、底物初始濃度對羅硝唑降解效果的影響。結果：在溶液初始pH為8，TiO2投加量，2g·L-1，羅硝唑初始濃度為5 mg·L-1的條件下，經過90min的光催化反應羅硝唑的去除率為100%，反應速率為0.0547 min-1。反應符合一級動力學模型。結論：TiO2光催化技術對羅硝唑有良好的降解效果，pH、TiO2用量和羅硝唑濃度影響降解效率。

關鍵詞：羅硝唑;光催化;TiO2

羅硝唑又名甲硝咪乙酰胺，是硝基咪唑抗生素中較為典型的一種藥物。羅硝唑具有抗寄生蟲抗菌作用，常用于治療豬赤痢、熏然性腸肝炎[1]，此外也作為生長促進劑用于飼料添加劑[2]。歐盟已作出明文規定，嚴禁使用在食品動物中使用羅硝唑[3]。但目前關于羅硝唑的研究報道較少，其降解方法主要以吸附法為主。 根據以上情況，本實驗以TiO2為催化劑，考察了溶液pH值、TiO2投加量、羅硝唑初始濃度等影響因素對TiO2光降解羅硝唑效果的影響，初步探討其降解機制。

1 材料與方法

1.1 試劑

羅硝唑（百靈威化學技術有限公司）;TiO2（德固賽公司）。其他試劑為分析純。

1.2 實驗裝置與試驗方法

反應器為自制光催化反應器。光源外照式365 nm的紫外燈，反應器為可透過紫外光的石英反應器，且帶有冷凝水進出口，有效容積為250 mL。將配置的一定濃度的羅硝唑反應溶液放入反應器中，加入TiO2后，在無紫外光條件下攪拌30 min使羅硝唑達到吸附平衡，然后進行光催化反應。每隔一定時間取樣，采用注射器取8 mL樣品經0.22 μm尼龍濾膜過濾后進行檢測。紫外可見分光光度計（UV2450，島津國際貿易（上海）有限公司）對其吸光度進行測定，測定波長為309 nm，通過標準曲線的繪制，計算羅硝唑濃度。

2 結果與討論

根據文獻[4]，TiO2光催化降解水中硝基咪唑抗生素一般遵循一級反應動力學，公式如下：

ln c0/c=-kt + constant

式中：

c0 -羅硝唑的初始濃度，mg·L-1;

c-反應時間t分鐘后溶液中剩余的羅硝唑濃度，mg·L-1;

k-一級反應速率常數。

2.1 溶液初始pH的影響

pH值分別為2、5、7、8和11。羅硝唑初始濃度為20 mg·L-1，TiO2用量為1.0 g·L-1。pH對羅硝唑在TiO2上的降解效率有很大的影響。羅硝唑在中性條件下的吸附量要大于酸性和堿性，且在pH為8時吸附量最大。光催化反應90min，其降解率和反應速率常數也呈現相同的規律。在pH為7和8的降解率分別為62%和67%，反應速率常數分別為0.0105min-1和0.0111 min-1;在堿性條件下和酸性條件下反應效率低，pH為11降解率和反應速率常數分別為46%和0.0064 min-1;pH為2降解率和反應速率常數分別為21.1%和0.0066 min-1。

2.2 TiO2用量的影響

TiO2投加量分別為0.5、1、2、3、4 g·L-1。羅硝唑初始濃度為20 mg·L-1，溶液pH為8。TiO2投加量對羅硝唑在TiO2上的吸附以及降解效率有很大的影響。隨著TiO2投加量的增加與羅硝唑的降解率和反應速率為正相關，投加量增加到2 g·L-1時，達到最大;然后隨著TiO2投加量的繼續增加，羅硝唑的降解率和反應速率又不斷降低。在反應90min后，催化劑用量為0.5 g·L-1時降解率和反應速率最小，分別為49%和0.007 min-1;當TiO2投加量為2 g·L-1時降解率和反應速率達到最大，分別為79%和0.0172 min-1，繼續增加TiO2用量反應速率逐漸降低。

2.3 羅硝唑初始濃度的影響

羅硝唑濃度分別為5、10、20、30、40 mg·L-1，TiO2投加量2g·L-1，溶液pH為8。隨著羅硝唑初始濃度的增加，羅硝唑的降解率和反應速率都迅速降低。在羅硝唑初始濃度為0.5mg·L-1濃度下，羅硝唑光催化反應90min實現基本降解，反應速率常數為0.0547 min-1。而當增大初始濃度時，在10、20、30、40 mg·L-1濃度下，降解率分別為90%、78%、73%、54%，反應速率常數分別為0.0233、0.0164、0.0139、0.008 min-1。

綜上所述，TiO2光催化技術對羅硝唑有良好的降解效果，pH、TiO2用量和羅硝唑濃度影響降解效率。在中性條件下，羅硝唑的降解效率較高。羅硝唑的降解反應符合一級動力學方程，在pH為8，TiO2為2g·L-1，初始濃度為5mg·L-1時羅硝唑降解率為100%，反應速率常數為0.0547 min-1。TiO2降解羅硝唑主要是通過·OH的氧化和電子的還原作用。

參考文獻：

[1]賀德春.獸用四環素類抗生素在循環農業中的遷移累積及阻斷技術研究[D].長沙：湖南農業大學，2011.

[2]高品.典型抗生素和抗藥性基因在污水處理系統中的歸趨及遷移分布規律[D].上海：東華大學，2011.

[3]徐鵬鵬.高效光催化材料的設計及其在光解水制氫中的應用[D].上海：上海師范大學，2014.

[4]陳冬梅，喻澤斌，孫蕾，等.TiO2降解迪美唑的動力學及活性物質分析[J].環境科學，2015，36（11）：4135-4140.