李靖宇 王憲森 王曉林 趙淑雯 楊永俊 朱超勝*，2

(周口師范學院 化學化工學院，河南 周口 466000；2.周口市環(huán)境污染防治與修復重點實驗室，466000)

1 引言

抗生素在許多領域中皆有使用，如醫(yī)藥、家畜養(yǎng)殖、魚蝦養(yǎng)殖等。傳統(tǒng)氯霉素廢水處理技術(shù)有物化法、化學法和生物法等[1]，這些處理方法具有能源消耗高和二次污染等缺點，所以新型氯霉素廢水處理技術(shù)的研究工作顯得越發(fā)重要。電化學技術(shù)具有設備簡單、二次污染小等優(yōu)勢，屬于友好型技術(shù)[2]，具備推廣潛力[3]。基于活性炭顆粒電極的三維電化學體系中活性炭在電場作用下帶電變成微電極[4]。本文采用浸漬法制備載鐵活性炭，并將其用于三維電化學降解氯霉素體系中，充分利用活性炭疏松多孔、比表面積大的特點和鐵對電化學反應的催化作用，提升氯霉素廢水處理效果。

2 實驗

2.1 試劑與儀器

儀器：液相色譜儀、多組輸出直流電供應器、管式爐、pH計、分析天平。

試劑：顆?；钚蕴?、氯霉素、七水合硫酸亞鐵、無水硫酸銨、濃硫酸、氫氧化鈉。

2.2 實驗方法

電化學降解氯霉素的實驗裝置如圖1所示。電解槽150 mL，石墨片(2.5 cm×10.0 cm)作為陰極連接電源負極，網(wǎng)狀Ti/RuO2-IrO2(2.5 cm×8.0 cm)作為陽極連接電源正極。第三電極顆粒載鐵活性炭。陽極和陰極(主電極)兩極板間彼此相距3.5 cm。準確稱量1.0 g載鐵活性炭裝入80目濾網(wǎng)縫制的口袋中加入5枚玻璃球，將口袋完全浸入100 mL濃度為20 mg/L的模擬氯霉素污染廢水中。準確稱量0.7102 g無水Na2SO4加入到電解槽中，用玻璃棒攪拌至無水Na2SO4完全溶解后，采用H2SO4或NaOH溶液調(diào)節(jié)pH在2～6之間。連接電路，將載鐵活性炭完全浸入氯霉素廢水中，打開電源，調(diào)節(jié)恒定電壓后，定時取樣至加入200 μL甲醇的試管中，靜置后分析。單因素試驗時，每次控制一個變量，保持其他因素不變。

圖1 實驗裝置示意圖

3 結(jié)果與討論

3.1 pH值對反應的影響

控制U=7 V，氯霉素濃度為20 mg/L及其他條件不變，將溶液pH分別設置為2、3、4、6、8。實驗結(jié)果如圖2所示：

圖2 pH對氯霉素降解的影響

由圖2可知，隨著pH的增大，溶液中氯霉素的去除率明顯下降。相同電解時間內(nèi)，pH=3時，氯霉素的去除率最高。pH=2的曲線位于pH=3的曲線上方，原因是強酸條件下溶液中有較多的自由移動的離子和溶液中有電子，導致電解效率較高。在pH=3-8階段中，隨著pH的增大，降解效率明顯降低。由此可知，氯霉素的降解效率隨著反應的進行逐漸升高，排除強酸性離子、溶液中有電子的干擾外，可以清晰得到最適pH=3，該pH下的最佳降解效率可以達到75.17%。載鐵活性炭體系在氧化120 min后，廢水中氯霉素濃度可以降至2.6177 mg/L。

3.2 電壓對反應的影響

考查電壓對氯霉素去除率的影響，確定氯霉素濃度為20 mg/L，pH=3，其他條件保持不變。將電壓分別設置為5 V、6 V、7 V、8 V、9 V，分析不同電壓下氯霉素的去除率，實驗結(jié)果如圖3所示：

圖3 電壓對氯霉素降解的影響

由圖3可知，在U=5 V～7 V階段中，隨著電壓的增大，氯霉素降解效率明顯得到了提高；在U=7 V～9 V階段中，隨著電壓的增大，降解效率已經(jīng)開始降低。由圖中曲線的變化趨勢可知，氯霉素的降解效率隨著反應的進行逐漸升高，并且可以清晰得到最適電壓為U=7 V，該電壓下的降解效果最好。

3.3 活性炭耐受性對反應的影響

調(diào)節(jié)初始溶液pH=3，U=7 V，稱量1.0 g載鐵活性炭，其他條件不變。通過增加載鐵活性炭的使用次數(shù)來分析活性炭耐受性對反應的影響。實驗結(jié)果如圖4所示：當使用兩次時，去除效率曲線仍隨著反應的進行呈上升的趨勢，降解效率高達75%以上；當使用三次時，其降解效率仍保持較高水平，催化劑的效果沒有因為重復使用而變差，效率依然高達75%以上；當使用第四次時，效率總體仍保持上升趨勢，證明該材料重復性很高，減少了材料的損耗，具有良好的經(jīng)濟效益，可以應用于生活中的氯霉素有機廢水降解。

圖4 活性炭耐受性對氯霉素降解的影響

4 結(jié)語

載鐵活性炭三維電極體系處理氯霉素廢水速率快，效率較高，減少了材料損耗，不產(chǎn)生二次污染，具有一定的應用前景，通過調(diào)低pH值，控制合適的電壓可以達到最佳的實驗效果。體系的最佳實驗條件為U=7 V，pH=3，去除率可以達到74.17%。載鐵活性炭經(jīng)4次重復使用，去除率僅降低2.66%，具有良好的耐受性?；谳d鐵活性炭的三維電化學體系是一種可行的氯霉素廢水處理方法。