[发明专利]一种基于可见光敏化多相光类芬顿体系高效治理废水中抗生素的方法

说明书

本发明公开了一种基于可见光敏化多相光类芬顿体系高效治理废水中抗生素的方法，过程为：含抗生素的废水中加入催化剂，加酸调节pH至弱酸状态后，于黑暗条件下吸附平衡，随后加入双氧水，于可见光照射条件下进行多相光类芬顿催化反应，反应结束后，离心分离回收催化剂，即得治理后的废水；催化剂为具备纳米晶自组装规则团簇结构的铋铁氧体纳米催化剂，催化剂中的Bi与Fe的摩尔比为1:1~3；废水中的抗生素为喹诺酮类抗生素、磺胺类抗生素和四环素类抗生素中的至少一种。相比酸性（pH≈3）条件下方可工作的传统芬顿体系，本发明催化剂在弱酸（pH≥4.5）水体便可有效激活双氧水分子释放大量羟基自由基用于废水处理中抗生素的治理，将其有效降解。

技术领域

本发明涉及水/土体系中抗生素治理技术领域，具体一种基于可见光敏化多相光类芬顿体系高效治理废水中抗生素的方法。

背景技术

近年来，由于人口的增长，消耗增加，全球环境的变化以及有害化学物质如工业化学品，制药废物和化妆品等的排放，水资源的污染和短缺变得越来越严重。其中，抗生素废水是最难处理的一种废水之一，抗生素分为喹诺酮类、咪唑类、四环素类、磺胺类以及内酯环类等，其中喹诺酮类（如环丙沙星CiFX、左氧氟沙星LOX）、磺胺类（如磺胺甲恶唑SMX）和四环素类（如四环素TC）抗生素降解的难度较其他抗生素更大。因为这三类抗生素降解所需要的氧化势更高，特别是磺胺类抗生素，很难被常规技术彻底降解，在水体中被检出的频率也相对较高，进入到水体的抗生素会造成土壤污染甚至对人类生存造成严重威胁。因此，维持和改善水质是人类必须面对的挑战。而可见光敏化多相类芬顿体系可有效处理节奏复杂的、难降解的有机污染物，特别适合处理如抗生素废水的一类高难度难降解有机废水。已广泛应用到水体的有机污染治理。

常规均相Fenton氧化是实现污染物降解和矿化的高级氧化工艺（AOPs）之一。活性氧（ROS）的产生和目标污染物的进一步降解是在酸性条件下（pH≈3），可溶性亚铁盐和H₂O₂的反应进行的。但存在费用高、后处理难等问题，主要在之处理前后pH调节、铁泥后处理量大、催化剂无法回收和再利用等缺点；对于复杂的工业废水和高浓度废水需要大量的Fe²⁺和H₂O₂。多相类Fenton催化剂体系被报道为有前途的替代方法，在近中性pH值下有望得到应用，尤其是铁基催化剂，因铁元素在环境中储量丰富和环境友好。其中光芬顿将外部能量（紫外线，可见光）引入多相类芬顿体系中，催化剂吸收光能产生的光生电子不仅可以与双氧水直接作用同时可将催化剂中Fe³⁺形态再生为Fe²⁺形态，来生成更多HO^·。

以Fe₂O₃、Fe₃O₄为代表的铁基催化剂被广泛研究用于多相类芬顿的催化剂，但其对有机污染物的催化降解效率不高。在引入光照后因其量子效应低，也未能得到理想的催化降解效率。铁氧体（Fe_xM_yO_z, M = Mn, Co, Cu, La, Pm等）因其内部金属原子耦合作用被证实可有效增强催化活性，同时具备高稳定性和多功能化，逐渐在环境污染治理领域引起广泛关注。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种基于可见光敏化多相光类芬顿体系高效治理废水中抗生素的方法。

所述的一种基于可见光敏化多相光类芬顿体系高效治理废水中抗生素的方法，其特征在于含抗生素的废水中加入催化剂，加酸调节pH至弱酸状态后，于黑暗条件下吸附平衡，随后加入双氧水，于可见光照射条件下进行多相光类芬顿催化反应，反应结束后，离心分离回收催化剂，即得治理后的废水；其中，所述催化剂为具备纳米晶自组装规则团簇结构的铋铁氧体纳米催化剂，所述铋铁氧体纳米催化剂中的Bi与Fe的摩尔比为1 : 1~3；所述废水中的抗生素为喹诺酮类抗生素、磺胺类抗生素和四环素类抗生素中的至少一种。