等离子体/过硫酸盐/ZnO体系高效降解水中的氧氟沙星

作     者：阳君 王瑞枝 江文轩 项良锐 郭贺 

作者机构：南京林业大学生态与环境学院 南京鸿光环保科技有限公司 

出 版 物：《环境化学》 (Environmental Chemistry)

年 卷 期：2023年

核心收录：

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金（22006069） 江苏省自然科学基金（BK20200801）资助 

主　　题：低温等离子体 ZnO 过硫酸盐 氧氟沙星 

摘      要：水中抗生素治理对生态安全及人类健康具有重要意义，低温等离子体被证实能够有效降解水中抗生素，然而其能量利用率低的问题一直限制其进一步应用.已有研究表明，等离子体激活过硫酸盐(persulfate,PS)能够提高其能量利用效率及抗生素降解效率，然而其光子及化学效应仍旧未被充分利用，能量利用率低的问题并未真正解决.基于此，本文提出采用ZnO促进等离子体激活PS降解水中氧氟沙星(ofloxacin,OFX)，从而大幅度提高等离子体能量利用率及有机物的降解率.采用水热法制备了ZnO纳米颗粒，并采用扫描电镜和透射电镜对其结构进行了表征.在等离子体中加入PS后，OFX的降解率随之提高.进一步向等离子体/PS体系中加入ZnO,OFX的降解率进一步的提升.等离子体、等离子体/PS和等离子体/PS/ZnO体系对OFX的降解率分别达到53.6%、82.8%和98.9%.提高输入电压有利于OFX的降解，较低的初始浓度呈现出较高的OFX降解率.相对于酸性和中性条件，碱性条件下更有利于OFX的降解.电子自旋共振(Electron Spin Resonance,ESR)结果表明，等离子体/PS/ZnO体系能够产生·OH、·SO4-和1O2，且较高的输入电压能够提高·OH、·SO4-和1O2的生成量.捕获剂实验证明，·OH、·SO4-、·O2-和1O2均对OFX的降解起到一定作用.等离子体放电的过程中，溶液pH逐渐降低而电导率逐渐升高.相对于去单独等离子体，等离子体/PS/ZnO体系中pH降低及电导率升高的更为明显.等离子体/PS/ZnO能够实现对OFX的矿化，矿化度可达49.6%.同时可生化性提高，COD去除率可达69.5%.通过LC-MS及DFT分析，确定了OFX的降解路径.活性物质主导的OFX的降解路径主要涉及自由基攻击吡啶环和哌嗪环.采用ECOSAR对中间产物毒性分析可知，OFX降解后其毒性降低. ZnO具有较好的重复使用性能.