高锰酸钾降解四环素的过程研究

第３０卷第５期

２００９年１０月

华北水利水电学院学报

ＪｏｕｍａｌｏｒＮｏｎｈＣｈｉｎａＩｎｓｔｉｔｕｌｅｏｆＷａｔｅｒＣｏｎｓｅｎｆ８ｎｃｙａｎｄＨｙｄｍｅｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒ

Ｖ０１．３０Ｎｏ．５０ｃｔ．２００９

文章编号：１００２—５６３４（２００９）０５一００７７一０３

高锰酸钾降解四环素的过程研究

李国亭，郭宇杰，汪宁改，刘秉涛

（华北水利水电学院，河南郑州４５００１１）

摘要：为探讨高锰酸钾对四环素降解的有效性和最佳反应条件，通过正交实验，考察了四环素浓度、高锰酸钾投加量、反应溶液初始ｐＨ值、反应时间对降解的影响，得出影响四环素降解的各因素的最佳反应条件及影响显著性次序．结果表明，四环素初始浓度和高锰酸钾投加量对降解效率的影响最显著．紫外可见光谱和红外光谱分析表明，高锰酸钾能够在很大程度上降解和去除四环素．关键词：高锰酸钾；四环素；水处理；降解

中围分类号：ＴＵ９９１．２

文献标识码：Ａ

四环素是一种典型的杀菌性药物，属难降解有机物，而且四环素本身及其降解产物可能对环境微生物和入类的健康产生危害．由于四环素类抗生素对生物过程的强烈抑制作用，目前常规的水处理方法往往很难达到理想的效果…．近年来，高级氧化技术日益引起关注，以羟基自由基的高效产生和利用为标志，在抗生素处理中显示出独特的优势¨。】。其中，高锰酸钾作为一种稳定的氧化剂，已在水处理中得到一定的实际应用¨‘７１．因此，笔者针对特定的污染物四环素，利用高锰酸钾的氧化性，通过正交实验、紫外可见光谱和红外光谱分析，研究了高锰酸钾对四环素的降解过程．１

１．２分析方法

四环素的最大吸收波长为３５６ｎｍ，因四环素在一定浓度范围内浓度与吸光度呈线性关系，可用直接分光光度法测定四环素含量…．１．３实验方法

烧杯试验在磁力搅拌器上进行．向５０ｍＬ四环素溶液中分别加入一定量的高锰酸钾溶液，中速磁力搅拌．每隔一定时间取样，样品用Ｏ．４５“ｍ滤膜过滤后。取上层清液进行分析，需要时加入亚硫酸钠或抗坏血酸淬灭反应及消除高锰酸钾颜色对吸光度

测定的影响．

２结果与讨论

２．１高锰酸钾降解四环素的正交实验

该实验对四环素浓度（ｍｇ／Ｌ）、高锰酸钾浓度（ｍ∥Ｌ）、ｐＨ值、反应时间４个影响因素进行研究，以寻求高锰酸钾处理四环素的最优化实验条件．

实验中四环素浓度选ｌＯ，３０，５０ｍｇ／Ｌ３个水平，高锰酸钾投加量选５，２０，４０ｍｇ／Ｌ３个水平，ｐＨ值选３．０，７．Ｏ，“．０３个水平，反应时间选１０，３０，

６０ｍｉｎ

实验部分

１．１主要试剂和仪器

试剂：盐酸四环素（Ｔｅｔｒａｃｙｃｌｉｎｅ，以下简称四环素），纯度≥９９％，购自德国Ｓｉｇｍａ公司．高锰酸钾（分析纯）购自天津市科密欧化学试剂有限公司．

仪器：ＵＶｍｉｎｉ—１２４０紫外可见光分光光度计（Ｓｈｉｍａｄｚｕ），磁力搅拌器，ＰＨＳ一２Ｃ酸度计．

紫外可见吸收光谱在Ｕ一３０１０紫外可见分光光度计（Ｈｉｔａｃｈｉ）上扫描，扫描范围２００一６００

ｎｍ．

３个水平．按照Ｌ９（３４）４因素３水平正交实

验表设计实验．实验中不考虑因素之间的交互作用，实验结果见表ｌ，极差分析见表２．

收稿日期：２００９—０５—２５

基金项目：华北水利水电学院高层次人才启动项目．

作者简介：李国亭（１９７７一），男，河南叶县人，讲师，博士．主要从事水处理高级氧化技术及应用方面的研究．

７８华北水利水电学院学报２００９年１０月

表ｌ正交实验结果表

外可见吸收光谱随时间而发生变化，具体反应条件是四环素浓度为２０ｍｇ／Ｌ，高锰酸钾浓度１０ｍｇ／Ｌ，

ｐＨ＝７．０，反应时间为６０ｍｉｎ，结果如图ｌ所示．从

图ｌ可以看出，中性ｐＨ值条件下，四环素原液在

２７０ｎｍ和３８０

ｎｍ处有２个明显的吸收带，它们分

别对应于苯环的Ｅ：带和Ｂ带．随着反应时间的增加，２７０ｎｍ和３８０ｎｍ处的吸收峰降低，并且反应

５

ｍｉｎ时，３８０ｎｍ的吸收峰迅速降低，而且该吸收峰

几乎完全消失．这说明，高锰酸钾在很大程度上能够降解四环素．

２．５

参数盖爹答／；等：挲雩／舶勰

瑙

采

２．Ｏ

１．５

督１．Ｏ

Ｏ．５

从实验结果和极差分析可以看出，各因素对高锰酸钾降解四环素的影响效果依次为：四环素初始浓度＞高锰酸钾浓度＞ｐＨ值＞时间．最佳条件是：四环素浓度ｌＯｍｇ／Ｌ，高锰酸钾浓度４０ｍｇ／Ｌ，ｐＨ值

为３．０，反应时间３０

２．２

ｍｉｎ．

２００３００４００５００６００７ＤＯ

波长抽ｍ

圈ｌ高锰酸钾对四环素降解过程中ＵＶ－Ｖｂ吸收光谱的变化

２．３高锰酸钾降解四环素的红外光谱分析

在四环素浓度为２０ｍｇ／Ｌ，高锰酸钾浓度为

１０

高锰酸钾降解四环素的紫外可见吸收光谱分析在高锰酸钾降解四环素的过程中，四环素的紫

ｌＯＯ９０８０

ｍｇ／Ｌ，ｐＨ＝３．０，７．Ｏ，１１．０的反应条件下进行反应，

茹

捆５０

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３０２０ｌＯ４０００

３５００３０００２５００

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ａ）四环素ｂ）ｐＨ＝３．Ｏ时的降解产物

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（ｃ）ｐＨ＝７．ｏ时的降解产物圈２

ｆ

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ｄ）ｐＨ＝１１．ｏ时的降解产物

四环素及不同ｐＨ条件下高锰酸钾处理后产物的红外光谱图

第３０卷第５期李国亭等：高锰酸钾降解四环索的过程研究

将四环素降解后的样品晾干．采用溴化钾压片法压

片，在ＩＲ一２００／Ｂｍｋｅｒ２２０傅里叶变换红外光谱仪

消失，其红外特征吸收峰也消失，生成了酸类和醌类物质，证明四环素在一定程度上能够得到氧化降解．

参

上进行样品测定．图２是四环素本身及不同ｐＨ值条件下高锰酸钾处理后样品的红外光谱图．

四环素分子中含有芳香环结构，带有酚羟基和羰基．由图２（ａ）四环素的红外光谱图可知，ｌ

１４５０ｌ６７３

６００—

考文献

［１］高峻敏，郑泽根，王琰．”０：／ｚｎ０光催化降解四环素的

研究［Ｊ］．重庆环境科学，２００３。２５（１）：１７一１９．［２］ｃｈｅｎ

Ｙ，Ｈｕ

ｃｍ。１处有苯环骨架Ｃ＝Ｃ的振动吸收峰，ｃｍ“是羰基Ｃ＝Ｏ的伸缩振动．３

６１６

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３６０～１２５０

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连接在芳香碳上的Ｃ—Ｎ特征吸收．由图２（ｂ），（ｃ）和（ｄ）知，四环素本身的各主要吸收峰基本都已消失，只有ｌ

６９０

［Ｊ】．Ｊｏｕｍａｌ

１９７：８１—８７．

ｏｆＰｈｏｔｏｃｈｅｍ．Ｐｈｏｔｏｂｉ０１．Ａ：ｃｈｅｍ．。２００８，

【３］１８ｉｌＡＢ，ＭｅｒｉｈＯ．Ｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆ

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ｃｍ“处强度明显增强，说明有新的

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Ｃｈｅｍ０８ｐｈｅＩ℃，２００３，５０：８５—９５．

ｃ＝Ｏ或ＣＯＯＨ生成，这也间接证明四环素已被高锰酸钾氧化降解．３

［４］李德亮，李明玉，武书彬，等．吸附一混凝一高级化学氧

化法处理庆大霉素废水的研究［Ｊ］．工业水处理，２００ｌ。

２１（６）：１６一１９．

结语

１．通过正交实验，确定了各因素对高锰酸钾降

【５］李魁晓，曹楠．张昱，等．Ｆｅｎｔｏｎ法氧化处理水中土霉素

的研究［Ｊ］．环境工程学报，２００８，２（７）：８６５—８６８．［６］李圭白，杨艳玲，马军，等．高锰酸钾去除天然水中微量

有机污染物机理探讨［Ｊ］．大连铁道学院学报，１９９８，１９

（２）：ｌ一４．

解四环素的影响效果依次为：四环素初始浓度＞高锰酸钾浓度＞ｐＨ值＞时间．最佳反应条件是：四环素浓度１０ｍｇ／Ｌ，高锰酸钾浓度４０ｍｇ／Ｌ，初始ｐＨ值为３．０，反应时间３０

ｍｉｎ．

［７］马军．李圭白，范萃苓，等．高锰酸钾的氧化助凝效能研

究［Ｊ］．中国给水排水，１９９２，８（４）：４—７．

２．紫外可见吸收光谱和红外光谱分析表明，经过高锰酸钾氧化，四环素在３５６ｎｍ处的特征吸收峰

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