高錳酸鉀氧化氟喹諾酮類抗生素的動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)歷程研究.pdf

1、氟喹諾酮類抗生素在環(huán)境中的殘留已經(jīng)威脅到了生態(tài)環(huán)境和人體健康。這類抗生素作為一種新型環(huán)境污染物已經(jīng)受到了許多國(guó)家和地區(qū)的高度重視,逐漸成為新的研究熱點(diǎn)。在水處理的各種方法中,化學(xué)氧化法因其具有使用方便、去除效果好等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。高錳酸鉀是目前被廣泛應(yīng)用的一種氧化劑,高錳酸鉀應(yīng)用于水處理中具有氧化還原電位高、分解速率慢、消毒副產(chǎn)物少、投資小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。本文采用高錳酸鉀為氧化劑,對(duì)其氧化氟喹諾酮類抗生素的動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)歷程進(jìn)行了初步

2、的研究。探討了高錳酸鉀濃度、pH、溫度對(duì)高錳酸鉀氧化氧氟沙星和諾氟沙星的動(dòng)力學(xué)的影響,著重探討了高錳酸鉀氧化恩諾沙星、環(huán)丙沙星、氧氟沙星和諾氟沙星的反應(yīng)歷程。
　　高錳酸鉀氧化氧氟沙星和諾氟沙星的動(dòng)力學(xué)研究結(jié)果表明,高錳酸鉀對(duì)氧氟沙星和諾氟沙星的氧化過程符合二級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型,在高錳酸鉀過量的情況下,得到二級(jí)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)常數(shù)分別為80M-1·min-1和12M-1·min-1。pH對(duì)反應(yīng)速率常數(shù)有顯著影響。溫度對(duì)反應(yīng)速率也有影響,

3、隨著溫度的升高反應(yīng)速率增加,高錳酸鉀氧化氧氟沙星和諾氟沙星的反應(yīng)表觀活化能分別為29.6kJ·mol-1和27.2kJ·mol-1,說明高錳酸鉀對(duì)這兩種物質(zhì)的氧化反應(yīng)相對(duì)容易發(fā)生。
　　高錳酸鉀氧化恩諾沙星、環(huán)丙沙星、氧氟沙星和諾氟沙星的反應(yīng)歷程研究表明,哌嗪環(huán)是參與氧化反應(yīng)的主要基團(tuán),并且參與氧化反應(yīng)的主要點(diǎn)位為哌嗪環(huán)上的N1原子。氧化反應(yīng)在反應(yīng)的初始階段形成了一種烯胺,此烯胺被高錳酸鉀繼續(xù)氧化,歸結(jié)起來,有以下三種路徑:路徑一

4、為N-脫烷基化過程,氧化產(chǎn)物烯胺經(jīng)過兩步的水解作用形成了部分脫烷基化產(chǎn)物,此氧化產(chǎn)物繼續(xù)被高錳酸鉀氧化,形成了完全脫烷基化產(chǎn)物。路徑二為羥基化過程,氧化產(chǎn)物烯胺通過三種不同的方式分別生成了單羥基化合物(兩種中間產(chǎn)物)及1,2-二醇中間體,此三種物質(zhì)繼續(xù)被高錳酸鉀氧化,分別生成了兩種氨基化合物和一種二元醛產(chǎn)物,二元醛產(chǎn)物通過脫水作用生成了兩種一元醛產(chǎn)物。路徑一和路徑二對(duì)本研究中的四種物質(zhì)均適用,對(duì)恩諾沙星和環(huán)丙沙星而言,除以上兩種氧化路徑

5、外,還有一種氧化路徑即路徑三。路徑三為環(huán)丙基的氧化過程,反應(yīng)開始時(shí)進(jìn)行了哌嗪環(huán)的羥基化和脫烷基化反應(yīng),最后環(huán)丙基被高錳酸鉀氧化為丙烯基和乙酰基兩種氧化產(chǎn)物。
　　本文對(duì)高錳酸鉀氧化氟喹諾酮類抗生素的反應(yīng)歷程進(jìn)行了探討,結(jié)果表明,高錳酸鉀對(duì)水體中的氟喹諾酮類抗生素能夠有效的去除,反應(yīng)體系的溫度、pH、高錳酸鉀濃度均能對(duì)氧化反應(yīng)產(chǎn)生影響。高錳酸鉀氧化氟喹諾酮類抗生素的氧化產(chǎn)物大概有十幾種,反應(yīng)路徑至少有三條。本研究為處理水體中的氟喹諾