一种利用过硫酸氢钾去除磺胺甲恶唑的方法及其应用与流程

本发明属于水污染控制技术和高级氧化技术领域，涉及一种利用过硫酸氢钾去除磺胺甲恶唑的方法。

背景技术：

环境中抗生素污染是近年来一直备受国内外研究学者共同关注的话题。磺胺甲恶唑（SMX）是其中一种难降解的抗生素，水体中微生物在低浓度SMX的长期作用下会产生耐药性，进而驯化出“超级细菌”，危害人类和生态系统健康；传统的水处理工艺无法彻底将SMX去除，因此有必要研发一种快速高效降解SMX的处理技术。

吸附法和微生物降解是目前报道较多的处理水环境中SMX的技术。如专利号为CN201310492851.8、CN201410472549.0和CN201510874630.6分别报道了利用秸秆木炭、改性竹炭和多孔分子筛过滤介质吸附截留水中SMX的方法，而专利号为CN201210337053.3则采用生物絮凝剂处理SMX。吸附法和微生物降解因未能将SMX真正去除和处理周期长的特点在实际处理水环境中SMX时受到限制。高级氧化技术是一种能快速氧化降解SMX的新型技术，其作用过程是通过反应过程产生的强氧化性的活性物质（如^•OH和SO₄^•−）或药剂本身的强氧化性将有机污染物有效地矿化和去除。

相对于O₃、H₂O₂、氯和TiO₂基氧化技术，过硫酸盐氧化技术是近年来发展起来的一种新型高级氧化技术，该技术目前主要是通过过硫酸氢盐和S₂O₈^2-基盐分解产生强氧化性的SO₄^•−自由基来降解水中有机污染物。蔡美芳等利用载有Co²⁺药剂活化过硫酸氢钾产生活性SO₄^•−降解SMX，12 min内0.1 mM的SMX被全部降解去除（蔡美芳，非均相催化过一硫酸氢盐降解典型抗生素[D]，大连理工大学，2012）；此外，Wang课题组首次报道了基于纳米碳活化过硫酸氢钾氧化降解有机污染物的过程（Chem. Commun., 2013, 49: 9914）。

Oxone是一种颗粒状流动性好的白色粉末，它是由单过氧硫酸氢钾（KHSO₅）、硫酸氢钾（KHSO₄）和硫酸钾（K₂SO₄）组成的独特三重盐，其活性组分是KHSO₅。Oxone由于性质稳定、易于运输和储存、成本低廉而作为氧化剂被广泛用于环境修复。文献检索结果表明：直接应用Oxone去除SMX的方法尚未见报道。本发明首次发现Oxone能高效去除水中SMX。

技术实现要素：

本发明主要目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种利用过硫酸氢钾去除磺胺甲恶唑的方法。

本发明的目的通过以下技术路线实现：一种利用过硫酸氢钾去除磺胺甲恶唑的方法，其特征在于：在一定实验条件下，将Oxone投加到SMX溶液中，室温下搅拌即可。

所述Oxone的分子式为KHSO₅•0.5KHSO₄•0.5K₂SO₄、分子量为307.38、KHSO₅含量 ≥47%。

所述实验条件通过改变Oxone投加量、SMX溶液浓度、SMX溶液初始pH、反应溶液中阴离子或猝灭剂的浓度来调节。

所述Oxone投加量优选为3.0～6.0 mM。

所述SMX溶液浓度优选为2.5～12.5 mg/L。

所述SMX溶液初始pH优选为2.50～10.50。

所述阴离子包括NO₃⁻、Cl⁻、SO₄²⁻和HCO₃⁻，其浓度分别优选为0～10 mM、0～10 mM、0～10 mM和0～8 mM。

所述猝灭剂包括甲醇和叔丁醇，其浓度均优选为0～0.5 M。

所述搅拌参数优选为300 rpm，5～80 min。

本发明有如下优点及效果。

（1）本发明首次发现Oxone能高效去除SMX，在溶液参数变化较大的情况下均能维持较高的去除率（均大于93%）。

（2）本发明可操作性强，在常温常压下即可进行反应，对设备要求不高。

（3）本发明所使用的Oxone廉价易得、且易于储存和运输，可广泛用于水污染环境治理，具有较大的应用前景。

附图说明

图1为不同实验条件下Oxone去除水中SMX曲线示意图。

图2为SMX浓度对Oxone去除水中SMX影响趋势图。

图3为Oxone投加量对Oxone去除水中SMX影响趋势图。

图4为溶液初始pH值对Oxone去除水中SMX影响趋势图。

图5为不同阴离子对Oxone去除水中SMX影响趋势图。

图6为不同淬灭剂对Oxone去除水中SMX影响趋势图。

具体实施方式

以下通过实施例和附图进一步详细说明本发明（本发明保护范围不局限于所述内容）。

实施例1：

（1）不同操作条件下Oxone去除水中SMX效能：配制浓度为2.5、5和12.5 mg/L的SMX水溶液，分别将其pH调为2.50、6.40和10.50。分别量取80 mL SMX水溶液于6个洁净反应瓶并编号，后向1、2和3号反应瓶分别加入3、5和6 mM Oxone（Oxone由阿拉丁提供），4、5和6号反应瓶未加入任何材料（控制样），置于室温（25 ± 2℃）搅拌（300 rpm）反应80 min，间隔一定时间取2 mL水样进行分析。

（2）将所得数据绘制成如图1所示曲线图：在不同实验条件下，Oxone在能快速高效地降解去除水中93%以上的SMX，且在整个反应周期内SMX自身挥发率均˂5%。该实施例表明Oxone在不同实验操作条件下具有高效降解去除水中SMX的能力，同时也说明水中SMX的去除主要是由Oxone的氧化过程来实现的。

实施例2：

（1）考察SMX浓度对Oxone去除水中SMX影响趋势：配制pH为6.40浓度为2.5、5和12.5 mg/L的SMX水溶液，分别量取80 mL的SMX目标液于3个洁净反应瓶，后分别加入5.5 mM Oxone，置于室温（25 ± 2℃）搅拌（300 rpm）反应80 min，间隔一定时间取2 mL水样进行分析。

（2）如图2所示：在SMX浓度为2.5～12.5 g/L且Oxone浓度为5.5 mM时，Oxone在5 min内均能去除水中97%以上的SMX；反应80 min时，体系中SMX未检出，说明在SMX浓度变化较大情况下，Oxone能高效快速地降解去除水中SMX。

实施例3：

（1）考察Oxone投加量对Oxone去除水中SMX影响趋势：配制浓度为4 mg/L的SMX水溶液，并调其pH为6.40，取3个洁净反应瓶分别加入80 mL 目标液并编号，后分别加入4、5和6 mM Oxone，置于室温（25 ± 2℃）搅拌（300 rpm）反应80 min，间隔一定时间取2 mL水样进行分析。

（2）将所得数据绘制成如图3所示的曲线图，反应5 min后，水中98.5%以上的SMX均被Oxone有效地降解去除，说明Oxone具有高效降解水中SMX的潜力。

实施例4：

（1）考察溶液初始pH值对Oxone去除水中SMX影响趋势：配制浓度为4.5 mg/L的SMX水溶液，取5个洁净反应瓶分别加入80 mL 目标液并编号；将编号为1～5的目标液pH分别调为2.50、4.32、6.40、8.44和10.50，后分别加入4 mM Oxone，置于室温（25 ± 2℃）搅拌（300 rpm）反应80 min，间隔一定时间取2 mL水样进行分析。

（2）如图4所示降解趋势，反应80 min后，水中95%以上的SMX均被Oxone有效地降解去除，说明溶液初始pH值变化较大情况下，Oxone均能高效降解水中SMX。

实施例5：

（1）考察不同阴离子和淬灭剂对Oxone去除水中SMX影响趋势：取7个洁净反应瓶分别加入80 mL 5 mg/L的SMX水溶液并编号，并向编号为1～4号反应瓶分别加入10 mM NaNO₃、10 mM Na₂SO₄、10 mM NaCl和8 mM NaHCO₃，编号为5 和6号反应瓶分别加入0.5 M甲醇和叔丁醇，7号反应瓶未加入任何物质；将所有目标溶液pH均调为6.40，后向反应瓶分别加入5 mM Oxone，置于室温（25 ± 2℃）搅拌（300 rpm）反应80 min，间隔一定时间取2 mL水样进行分析。

（2）将所得数据绘制成如图5和6所示的曲线图，反应5 min后，水中99%以上的SMX均被Oxone有效去除，说明Oxone去除水中SMX具有较高的抗无机阴离子和淬灭剂干扰性，同时也说明Oxone去除水中的SMX是一个非自由基介导的降解过程。