超生空化协同氧化电解法降解氯霉素的实验研究

李亚玲，刘 昊，蒋文强

(齐鲁工业大学 环境科学与工程学院，山东 济南 250353)

超生空化协同氧化电解法降解氯霉素的实验研究

李亚玲，刘 昊，蒋文强

(齐鲁工业大学 环境科学与工程学院，山东 济南 250353)

本文主要研究了超生空化协同氧化电解法在氯霉素废水处理中的实验研究，经试验验证，仅利用氧化电解法对氯霉素的降解率仅为51%，而单独超声空化作用对氯霉素的降解不明显，利用超声空化作用能大大提高氧化电解法降解氯霉素的效果，在超声功率200W、电流密度25 mA/cm2、反应时间8h的最佳条件下，氯霉素降解率达到98.9%。

超声；氧化电解；氯霉素

氯霉素是由委内瑞拉链丝菌产生的抗生素，它属抑菌性广谱抗生素，因其价钱低廉的关系，氯霉素得以大量使用，但氯霉素具有很强的毒副作用，因此其大量使用势必造成一定的环境污染，且氯霉素在自然水体环境中很难降解。因此对水体中氯霉素的降解成为研究热点[1-2]。超声空化作用的发现及使用对水体污染物的降解研究越来越多，然而其单一使用的效果较差，因此超声空化往往与其他化学氧化法结合，以提高氧化的效果，本文以超声空化协同氧化电解法，研究其对氯霉素的降解效果，实验分析降解的最佳条件[3-4]。

1 实验部分

1.1 实验药剂与仪器

TXN-3005型稳压直流电源、78-1型磁力加热搅拌器、钛基钌钛氧化物涂层电极(DSA)、500mL电解槽、CS-250DE型超声波发生器(超声频率为固定值22 kHz)、Agilent 1100型高效液相色谱仪、AuI-220型分析天平。

氯霉素标准品(纯度≥98%)，甲醇(色谱纯)，盐酸，氢氧化钠，超纯水。

1.2 实验装置与材料

试验反应器由稳压电源、电解槽、超声系统等组成。实验装置如图1所示。

1. 稳压直流电源；2. 超声波探头；3. 钛基钌钛氧化物涂层电极；4. 超声波发生器图1 实验小试装置

1.3 测试指标和测试方法

氯霉素含量：HPLC法；检测器：UV-VIS；色谱柱： Phenomennex luna C18 250×4.6 mm；流动相：甲醇和水(60:40，v/v)；流速：0.50 mL/min；检测波长：278 nm。

1.4 实验方法

(1)首先配置一定浓度氯霉素水样分别采用超声空化法、氧化电解法研究其对氯霉素的降解。

(2)将超声空化协同氧化电解对氯霉素标准水样进行降解实验分析。

(3)超声空化协同氧化电解对氯霉素标准水样降解的最佳条件探究。

2 实验结果与讨论

2.1 超声空化协同氧化电解效果的初步研究

分别取500 mL 氯霉素水样(200 mg/L)加入电解槽中，研究不同的体系下氯霉素的降解情况。①单独氧化电解(DSA)，控制电压6V，电流1.2A以不锈钢电极网为阴极，选用钛基氧化物涂层电极(钌钛)为阳极进行电解小试实验，每隔1h取样测定氯霉素含量。②单独组装超声空化系统(US)，控制超声功率为200W，每隔1h取样测定氯霉素含量。③组合超声空化协同氧化电解(US/DSA)装置对氯霉素进行降解实验，每隔1h取样测定氯霉素含量，记录实验数据，实验结果如图2所示。

实验条件：[氯霉素浓度]0=200 mg/L，[电压] = 6V， [电流]= 1.2A，超声功率：200 W图2 超声空化协同氧化电解效果的初步研究

从图2我们可以看出，单独US对氯霉素的降解随着反应时间的增加，去除率逐渐增大，但整体效果不明显，反应8h后最大去除率仅为26%。单独DSA对氯霉素的降解相比较单独US效果较好，反应8h后最大去除率可达到51%。而US/DSA对氯霉素的去除效果明显，且超声空化协同氧化电解的去除率大于单独超声与单独氧化电解的去除率之和，最大去除率达到了94%。由于超声空化作用，有效的防止并快速的使电极表面的气泡破裂，在保证电流顺利通过电极的同时，电极表面附件的气泡空化核崩溃促使电极附件的溶液快速运动[5]。减少浓度的极化现象的产生，有效的提高了氧化电解的效率。因此说明超声空化可以有效协同强化氧化电解法对氯霉素的降解。

2.2 超声功率对超声空化协同氧化电解法的影响

取500 mL 氯霉素水样(200 mg/L)加入电解槽中，调整超声波发生器功率为100，200，300，400W，控制电压6V，电流1.2A以不锈钢电极网为阴极，选用钛基氧化物涂层电极(钌钛)为阳极进行电解，研究不同的超声功率下氯霉素的降解情况。每隔1h取样测定氯霉素含量，记录实验数据，实验结果如图3所示。

实验条件：[氯霉素浓度]0=200 mg/L，[电压] = 6V，[电流]= 1.2A图3 超声功率对超声空化协同氧化电解法的影响

由图3我们可以看出，超声功率对超声空化协同氧化电解的效果有一定的影响。且超声功率越高，初期去除率越大，说明超声功率的大小直接影响了整个反应体系的反应速度，在低超声功率下超声空化协同氧化电解的效果不明显，而当超声功率为200W时，氯霉素去除率明显提高，随着超声功率的增加，氯霉素去除率越高，但再提高功率对氯霉素去除率的提高不大，影响减小。充分考虑后期工程设计及处理成本选用200W超声功率为最佳。

2.3 电流密度对超声空化协同氧化电解法的影响

取500 mL 氯霉素水样(200 mg/L)加入电解槽中，固定超声波发生器功率为200W，以不锈钢电极网为阴极，选用钛基氧化物涂层电极(钌钛)为阳极进行电解，采用恒电流方法，控制电流密度分别为i=5，10，15，20，25，30，35 mA/cm2，研究不同的电流密度下氯霉素的降解情况。反应8 h后，取样测定氯霉素残余量，记录实验数据，实验结果如图4所示。

实验条件：[氯霉素浓度]0=200 mg/L，超声功率：200 W图4 电流密度对超声空化协同氧化电解法的影响

由图4我们可以看出，电流密度对超声空化协同氧化电解法降解氯霉素的影响较大，在低电流密度时，电解8 h后，水样中氯霉素残余量仍达到132 mg/L，去除率仅为34%，而随着电流密度的增大，氯霉素残余量大幅度降低，在电流密度为25mA/cm2时，水样中氯霉素残余量仅为14 mg/L，氯霉素降解率达到98.9%。且随着电流密度的继续增加氯霉素降解速率变缓，因此综合考虑比较经济成本，在电流密度为25 mA/cm2时，处理成本较低，效果较好。

3 结论

(1)利用氧化电解法对氯霉素的降解率仅为51%，而单独超声空化作用对氯霉素的降解不明显，利用超声空化作用能大大提高氧化电解法降解氯霉素的效果，且超声空化协同氧化电解的去除率大于单独超声与单独氧化电解的去除率之和，最大去除率达到了94%。

(2)超声功率越高，初期去除率越大，在低超声功率下超声空化协同氧化电解的效果不明显，而当超声功率为200W时，氯霉素去除率明显提高，随着超声功率的增加，氯霉素去除率越高，选用200W超声功率为最佳。

(3)随着电流密度的增大，氯霉素残余量大幅度降低，在电流密度为25mA/cm2时，水样中氯霉素残余量仅为14 mg/L。

[1] 史雅慧,国伟林.抗生素废水的超声空化效应降解研究[D].济南:济南大学,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.超声技术处理水中阿特拉津与2,4-D的研究[D].长沙:中南大学,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,陈贯虹,国伟林.水溶液中甲基橙的超声化学降解动力学研究[J].环境污染与防治,2004,26(1):6-13.

(本文文献格式：李亚玲，刘 昊，蒋文强.超生空化协同氧化电解法降解氯霉素的实验研究[J].山东化工,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

李亚玲(1993—)，女，山东菏泽人，主要研究新型氧化电解对特征废水的处理及其在土壤修复中的应用等。

TQ465.3

A

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