一种利用碳纳米管激活过氧碳酸氢盐降解磺酰胺的方法
阅读说明：本技术 一种利用碳纳米管激活过氧碳酸氢盐降解磺酰胺的方法 (Method for degrading sulfonamide by activating peroxybicarbonate through carbon nano tube ) 是由 马原 孙佩哲 郭娜 于 2021-08-31 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种利用单壁碳纳米管激活过氧碳酸氢盐降解磺胺甲恶唑的方法,单壁碳纳米管在其导带中提供连续的电子态,可以从有机共轭分子中收集电子,在过氧化氢与碳酸氢盐的活化体系中快速高效激活过氧碳酸氢盐。本发明方法采用单壁碳纳米管激活过氧碳酸氢盐对磺胺甲恶唑进行处理,能够有效处理磺胺甲恶唑,具有催化性能强、抗干扰能力强、分散性好、稳定性强、易于回收重复利用的优点,在被磺胺甲恶唑污染的水体中具有良好的应用前景。(The invention relates to a method for degrading sulfamethoxazole by activating peroxybicarbonate by using a single-walled carbon nanotube, wherein the single-walled carbon nanotube provides continuous electronic states in a conduction band thereof, can collect electrons from organic conjugated molecules, and quickly and efficiently activates peroxybicarbonate in an activation system of hydrogen peroxide and bicarbonate. The method adopts the single-walled carbon nanotube to activate the peroxydicarbonate to treat the sulfamethoxazole, can effectively treat the sulfamethoxazole, has the advantages of strong catalytic performance, strong anti-interference capability, good dispersibility, strong stability and easy recycling, and has good application prospect in water bodies polluted by the sulfamethoxazole.)
技术领域
本发明属于磺胺类污染物高级氧化处理领域，涉及一种利用单壁碳纳米管激活过氧碳酸氢盐降解有机物的方法，具体涉及一种利用单壁碳纳米管激活过氧碳酸氢盐降解磺胺甲恶唑的方法。
背景技术
磺胺甲恶唑是一种常见的磺酰胺类抗生素，通常在临床上被当作广谱抗菌剂广泛使用。滥用抗生素会导致水体污染，对生态系统造成长期不良影响，导致抗生素抗性病原微生物出现。迄今为止，已在各种市政污水处理厂，医院污水，地表水甚至饮用水系统中检测到磺胺甲恶唑。磺胺甲恶唑应用广泛，在天然水体中难以降解，常规水处理方法难以有效去除。利用先进的氧化工艺降解水体中的磺胺甲恶唑是目前的潜在策略。
基于过碳酸氢盐的高级氧化方法是一种处理效率高、去除彻底、成本低、操作便捷、pH耐受性高的水处理方法。在此体系中，过碳酸氢盐作为氧化剂，在催化剂的催化作用下被激活生成高活性的氧化自由基或中间活性物质，从而进一步攻击并降解目标污染物。现今，由于其高效的催化活性，金属基催化剂被广泛用于过碳酸盐的激活，但其应用受限于存在的重金属溶出导致的二次污染等问题。单壁碳纳米管是正在发展中的另一类具有应用潜力的绿色催化剂材料。碳纳米管的结构完全是由sp2杂化碳构成，具有杰出的电性能、高机械强度、高化学稳定性、高纵横比和高活化比表面积。单壁碳纳米管是由石墨烯片小条带卷起来的无缝纳米圆柱体，大多数单壁碳纳米管的直径约为1nm，而它们的长度可达厘米级。单壁碳纳米管以成束形式存在，由多达数百个单独的管组成，它们的氧化大多数发生在末端，少数发生在缺陷部位。单壁碳纳米管在其导带中提供连续的电子态，可以从有机共轭分子中收集电子。利用具有高效催化能力的、抗干扰能力强的、绿色的单壁碳纳米管材料提高过碳酸氢盐高级氧化体系处理有机污染物特别是磺胺甲恶唑的处理效果具有十分重要意义。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种操作简单、周期短、易回收重复利用、降解效率高、去除效果好、抗干扰能力强的单壁碳纳米管激活过碳酸氢盐降解磺胺甲恶唑的方法。
为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术方案是：
第一步，利用单壁碳纳米管激活过氧碳酸氢盐；
第二步，利用单壁碳纳米管激活过氧碳酸氢盐的体系去除磺胺甲恶唑。
其中，所述第一步需要单壁碳纳米管1g/L，过氧化氢10mM，碳酸氢钠溶液250mM，磷酸氢二钠10mM。
其中，所述第一步对于过氧碳酸氢盐激活率的检测时取1mL样品快速推过装有0.45μm膜的膜滤器支架过滤，加入1mL 0.5M硫酸，0.1M硫酸氧钛，7.9mL超纯水摇匀后立即使用紫外分光光度计测定在410nm处的吸光度，得到过氧化氢的吸光度，由于过氧化氢与过氧碳酸氢盐为反应物与生成物的关系，由此推算出过氧碳酸氢盐的激活率，激活率表示为：
激活率(％)＝(1-At/A0)×100
A0表示0时过氧化氢的吸光值，At表示在反应进行t小时后过氧化氢的吸光值。
其中，所述第一步为了使单壁碳纳米管分布更加均匀将混合物在恒温(25℃)摇床上以200rpm摇动混合物24小时。
其中，所述第二步在所述第一步的激活体系上加入20μM磺胺甲恶唑，在室温下(25±2℃)，通过以200rpm的转速将悬浮液混合，反应开始并保持均匀体系。
其中，所述第二步将反应后的体系添加萃取液(0.1MNaOH∶甲醇＝1∶1)，并在恒温摇床上以200rpm摇动混合物10分钟使吸附在单壁碳纳米管上的磺胺甲恶唑脱附。然后，使用1mL塑料注射器将提取后的混合物快速推过装有0.22μm膜的膜滤器支架过滤到高效液相色谱(HPLC)小瓶中。然后，向小瓶中加入0.5mM硫代硫酸钠以淬灭氧化反应，根据高效液相色谱测试出的峰面积得到磺胺甲恶唑的降解率，降解率表示为：
降解率(％)＝(1-SMXt/SMX0)×100
SMX0表示在反应还未开始时磺胺甲恶唑的峰面积，SMXt表示在反应进行t小时后磺胺甲恶唑的峰面积。
有益效果
本发明的有益效果在于：
(1)本发明利用单壁碳纳米管激活过氧碳酸氢盐降解有机污染物的方法具有操作简单、降解效率高、稳定性高等优点，在尿液废水体系及受污染的自然水体中具有很好的应用前景。
(2)本发明提供了一种利用单壁碳纳米管激活过氧碳酸氢盐降解磺胺甲恶唑的方法，过氧化氢与碳酸氢盐生成过氧碳酸氢盐，单壁碳纳米管可以激活过氧碳酸氢盐(过程见式(1)至式(2))。本发明中单壁碳纳米管结构完全是由sp2杂化碳构成，从而使得本发明单壁碳纳米管具有更快速、更高效的电子传递性能。
(3)本发明单壁碳纳米管主要含有C、H、O等三种元素，不含有金属元素，不存在金属溶出等二次污染等风险。本发明单壁碳纳米管具有催化性能强、抗干扰能力强、分散性好、稳定性强、易于回收重复利用的优点，是一种可以广泛应用的具有优异催化性能、环境友好型的用于激活过氧碳酸氢盐的催化材料。
附图说明
图1为本发明实施例1中单壁碳纳米管对于过氧碳酸氢盐的激活率以及对比例1中单壁碳纳米管对于过氧化氢的激活率图。
图2为本发明实施例2中单壁碳纳米管激活过氧碳酸氢盐降解磺胺甲恶唑，是对比例2中单壁碳纳米管激活过氧化氢降解磺胺甲恶唑，是对比例3中单壁碳纳米管本身吸附磺胺甲恶唑图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售，原料为分析纯。以下实施例中，若无特别说明，所得数据均是两次以上重复试验的平均值。
实施例1 单壁碳纳米管激活过氧碳酸氢盐
将单壁碳纳米管浸泡在超纯水中，浸泡24h后取单壁碳纳米管1g/L加入过氧化氢为10mM，碳酸氢钠溶液为250mM，磷酸氢二钠为10mM。在室温下(25±2℃)，通过以200rpm的转速将悬浮液混合，反应开始并保持均匀体系。在反应开始0、1、2、3、4、6小时后分别取上清液1mL样品快速推过装有0.45μm膜的膜滤器支架过滤，加入1mL 0.5M硫酸，0.1M硫酸氧钛，7.9mL超纯水摇匀后立即使用紫外分光光度计测定在410nm处的吸光度，得到过氧化氢的吸光度，由于过氧化氢与过氧碳酸氢盐为反应物与生成物的关系(见式(3))，由此推算出过氧碳酸氢盐的激活率，激活率表示为：
激活率(％)＝(1-At/A0)×100 (3)
A0表示0时过氧化氢的吸光值，At表示在反应进行t小时后过氧化氢的吸光值。
对比例1 单壁碳纳米管激活过氧化氢
将单壁碳纳米管浸泡在超纯水中，浸泡24h后取单壁碳纳米管1g/L加入过氧化氢为10mM，磷酸氢二钠为10mM。在室温下(25±2℃)，通过以200rpm的转速将悬浮液混合，反应开始并保持均匀体系。在反应开始0、1、2、3、4、6小时后分别取上清液1mL样品快速推过装有0.45μm膜的膜滤器支架过滤，加入1mL 0.5M硫酸，0.1M硫酸氧钛，7.9mL超纯水摇匀后立即使用紫外分光光度计测定在410nm处的吸光度，得到过氧化氢的吸光度，由此推算出过氧化氢的激活率，激活率表示方法同式3。
图1是实施例1中单壁碳纳米管对于过氧碳酸氢盐的激活率以及对比例1中单壁碳纳米管对于过氧化氢的激活率。从图1中可以看出本发明单壁碳纳米管对于过氧碳氢盐的激活效果优于过氧化氢。在反应时间为2小时后单壁碳纳米管对于过氧碳酸氢盐的激活率可以达到95％。
实施例2 单壁碳纳米管激活过氧碳酸氢盐去除水体中的磺胺甲恶唑
将单壁碳纳米管浸泡在超纯水中，浸泡24h后取单壁碳纳米管1g/L加入过氧化氢为10mM，碳酸氢钠溶液为250mM，磷酸氢二钠为10mM，磺胺甲恶唑为20μM。使得反应体系pH为9左右。在室温下(25±2℃)，通过以200rpm的转速将悬浮液混合，反应开始并保持均匀体系。在反应开始0、1、2、3、4、6小时后分别取上清液1mL样品添加萃取液(0.1M NaOH∶甲醇＝1∶1)，并在恒温摇床上以200rpm摇动混合物10分钟使吸附在单壁碳纳米管上的SMX脱附。然后，使用1mL塑料注射器将提取后的混合物快速推过装有0.22μm膜的膜滤器支架过滤到高效液相色谱(HPLC)小瓶中。然后，向小瓶中加入0.5mL硫代硫酸钠以淬灭氧化反应，根据高效液相色谱测试出的峰面积得到SMX的降解率(见式(4))，降解率表示为：
降解率(％)＝(1-SMXt/SMX0)×100 (4)
SMX0表示在反应还未开始时磺胺甲恶唑的峰面积，SMXt表示在反应进行t小时后磺胺甲恶唑的峰面积。
对比例2 单壁碳纳米管激活过氧碳酸氢盐去除水体中的磺胺甲恶唑
将单壁碳纳米管浸泡在超纯水中，浸泡24h后取单壁碳纳米管1g/L加入碳酸氢钠溶液为250mM，磷酸氢二钠为10mM，磺胺甲恶唑为20μM。处理方法同实施例2。
对比例3 单壁碳纳米管直接去除水体中的磺胺甲恶唑
将单壁碳纳米管浸泡在超纯水中，浸泡24h后取单壁碳纳米管1g/L加入磷酸氢二钠为10mM，磺胺甲恶唑为20μM。处理方法同实施例2。
图2是实施例2中单壁碳纳米管激活过氧碳酸氢盐降解磺胺甲恶唑，是对比例2中单壁碳纳米管激活过氧化氢降解磺胺甲恶唑，是对比例3中单壁碳纳米管本身吸附磺胺甲恶唑。可以看出利用单壁碳纳米管激活过氧碳酸氢盐对于磺胺甲恶唑在一个小时之内就有非常好的降解效果，在1-5小时后降解率提升减缓。
综上所述，本发明单壁碳纳米管，具有催化性能强、抗干扰能力强、分散性好、稳定性强、易于回收重复利用的优点，利用单壁碳纳米管激活过氧碳酸氢盐降解水体中的磺酰胺类有机污染物(如磺胺甲恶唑)时，能够高效去除水体中的磺酰胺类有机污染物(如磺胺甲恶唑)，有着较高的使用价值和较好的应用前景。
以上仅是本发明以较佳实施例揭示，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做任何的简单修改，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：基于抗生素在线监测的臭氧投加控制方法和系统