超声协同氯氧化铁/过硫酸盐体系降解抗生素类药物文献综述

开题报告内容：（包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述，不少于2000字）

抗生素自被发现以来就一直作为对抗感染性疾病的强有力工具广泛应用于人体。有数据显示，德国1994年的医用抗生素总用量约为1831吨，其中青霉素约624吨；1995年丹麦医用抗生素总量为37．7吨hellip;抗生素被机体吸收后，少部分经过羟基化、裂解和葡萄糖苷酸化等代谢反应生成无活性的产物，而超过90％的以原形通过粪便和尿液排到体外。这些未经代谢的抗生素进入城市和医院污水排放系统之后，少部分直接渗漏到地下水中造成污染，大部分经污水处理厂处理后排放汇入地表水。由于现有的污水处理技术很难将抗生素彻底清除，所以这部分抗生素会污染地表水，继而对地下水造成污染。高级氧化法(AOPs)被认为是处理抗生素的较好替代方法，在AOPs过程中产生的羟基自由基等活性氧物质，对多种污染物有良好的降解作用^[1]。

近年来研究发现，高级氧化法(AOPs)是一种通过生成强氧化剂如羟基自由基(·OH)和硫酸自由基(SO₄^minus;·)来降解液体中有机物质的有效方法。其中，·OH是传统AOPs中的主要氧化剂，它可以非选择性地氧化多种有机污染物，而SO₄^minus;·的原位化学氧化尤其受到人们的关注（Yan et al.，2008b）。SO₄^minus;·主要由过硫酸盐(PDS,S₂O₈^2-)和过一硫酸氢盐(PMS,HSO₅^-)在热、紫外辐射、过渡金属、超声波、碱基和活性炭^[2]等催化剂的作用下活化生成。其中， PMS是不对称的过氧化物。它可以释放一个硫酸根阴离子(SO₄^2minus;)和一个羟基自由基， PMS比PDS更容易被过渡金属激活。与·OH类似，SO₄^minus;·与有机物反应的机制可能包括电子迁移率、氢的提取和加成机制。然而，通过电子转移，SO₄^minus;·反应更有选择性，因此，在氧化过程中，SO₄^minus;·受降解副产物和天然有机物的影响更小，尤其是在降解芳烃时。在过硫酸盐的活化技术中，过渡金属可以在常温常压下进行，体系简单且不需要额外的能量供给。超声活化过硫酸盐是一种有效的降解水溶液中多种污染物的方法。可能是由于在超声波作用下，催化剂表面得到较好的清洁，可以显著增强金属催化剂的腐蚀，从而加速催化反应的进行。另有报道指出，超声能催化过硫酸盐产生硫酸根自由基（Eq.1-2）。超声通过传质效应和机械效应增强了以金属为催化剂的PS的非均相活化过程。通过这两种作用，超声波可以持续去除反应过程中的中间产物，增强活化作用。并且与均相Fe² 体系相比，非均相能更好的克服铁泥沉淀问题，以及能在更大pH范围内适用。

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（L,w,Hou）等研究了US/PDS/Fe₃O₄体系对四环素的降解效果^[3]。研究表明，Fe₃O₄与超声辐照联合使用可显著增强激活过硫酸盐氧化四环素。超声可以促进PDS分解生成SO₄^minus;·。由于四环素在超声辐照和PDS/Fe₃O₄氧化过程中降解相对较低，因此四环素的快速降解是四环素的声化学降解和催化降解之间的明显协同作用。

张佳桐研究了US/PS/Fe⁰协同体系降解磺胺嘧啶，考察了超声强化纳米铁粉和海绵铁对过硫酸钾的氧化效果^[4]认为，超声波通过其空化作用，催化过硫酸钾产生了一部分SO₄^minus;·联合Fe⁰催化更多的自由基，以及水解产生的一小部分羟基自由基，进一步促进磺胺嘧啶的去除。相较于Fenton体系，该体系拓宽了实验pH范围，减少了铁泥沉淀现象。

陈梦蝶等采用光催化部分热解法制备的氧基氯化铁FeOCl降解罗丹明B（RhB）^[5]。发现FeOCl表面Fe^Ⅱ/Fe^Ⅲ从0.25增加到0.68，而在PS/FeOCl体系中，比例仅增加到0.48，说明可见光可促进电子转移使得更多的Fe^Ⅲ还原成Fe^Ⅱ，因此可以加速Fe（Ⅲ）/Fe（Ⅱ）循环和活性氧化物种的生成。PS可作为光生电子的捕获剂，阻止光生电子和光生电子空穴对的复合。Fe^Ⅲ与Fe^Ⅱ都能活化PMS产生自由基清除有机物（Eq.4-5），但是Fe^Ⅲ的活化能力不如Fe^Ⅱ。FeOCl独特的结构包含丰富的不饱和铁原子如Fe(II)和氧桥结构，导致FeOCl能直接氧化被吸附至催化剂表面的水分子和水中的羟基形成羟基自由基（Eq.6-7）。此外，FeOCl中的Fe(III)可以通过电荷转移很容易地还原为Fe(II)^[6]（Eq.8-9），Fe(II)与有机物的去除率成正比。根据XPS确认了FeOCl中的元素组成及元素存在形态；结合EPR及XPS定性及半定量分析了催化中FeOCl表面的Fe^Ⅱ/Fe^Ⅲ变化过程得到，在反应过程中催化剂表面部分Fe^Ⅲ还原为Fe^Ⅱ。反应后Fe^Ⅱ/Fe^Ⅲ的相对含量会提高^[7]。

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