气升式微生物燃料电池/电芬顿耦合系统的构建及降解氯霉素的机理研究

Chloramphenicol (Chlorinated nitroaromatic antibiotic), as a broad-spectrum antibiotic, has been detected frequently in aquatic environments, which is harmful to human health and ecological environment seriously. Therefore, nowadays how to control and remove the chloramphenicol effectively is a great subject in the field of environment. As the project focuses on the aim of promoting the degradation efficiency of Chloramphenicol, so the coupling system of a novel air-lift microbial fuel cell and Electro-Fenton (ALMFC-E-Fenton) will be constructed based on reaction processes cost-effective and friendly. Moreover, the degradation mechanisms on the molecular level will be investigated by various spectroscopies and computational simulation. In addition, the migration process of the active species ·OH will be studied in depth. The execution of the project will provide important information for degradation mechanism of chloramphenicol, advance the people’s knowledge about the decomposition under complicated conditions and will provide important academic reference value for controlling the pollutant.

氯代硝基苯类抗生素-氯霉素作为广谱抗生素在环境水体中不断被检测出，对人类健康和生态系统构成严重威胁。因此，如何有效控制去除废水中的氯霉素是当今环境领域的重大研究课题。本申请项目重点以提高氯霉素的降解效率为研究目标，通过构建气升式微生物燃料电池和电-芬顿耦合(ALMFC-E-Fenton)系统来实现对氯霉素低成本且环境友好的高效降解。在此基础上，将采用多种谱学技术并辅以计算模拟的方法从分子水平上深入探究·OH的迁移、转化和与氯霉素的作用机制以及氯霉素的降解反应机理。本项目的实施将为废水中氯霉素的高效去除以及降解反应机理提供重要的科学信息，深化人们对该类有机污染物在复杂反应条件下降解特性的进一步认识，对该类化合物的污染防治具有重要的学术价值。

氯代硝基苯类抗生素-氯霉素作为广谱抗生素在环境水体中不断被检测出，对人类健康和生态系统构成严重威胁。因此，如何有效控制去除废水中的氯霉素是当今环境领域的重大研究课题。基于上述科学问题，本项目构建了生物电芬顿（Bioelectric Fenton）系统和电芬顿系统（E-Fenton），并以黑豆为生物质前驱体制备出N和O共掺杂的生物质多孔炭用于修饰Bioelectric Fenton和E-Fenton阴极，探讨了在生物质多孔炭的作用下Bioelectric Fenton和E-Fenton降解氯霉素的效率。证明了N和O共掺杂的生物质炭在E-Fenton系统中可高效的产H2O2，在最佳条件Fe2+浓度为1 mmol/L，pH为3，电压为-0.5 V时降解效率最高(80 min氯霉素降解效率达100%)，降解氯霉素反应遵循一级动力学，表观速率常数为0.077 min-1。使用液相色谱-质谱联用仪检测氯霉素降解中间产物得出氯霉素的降解过程主要为脱氯、去硝基，以及苯环的裂解，然后进一步转化为小分子物质。比较了Bioelectric Fenton和E-Fenton对不同浓度氯霉素的降解效率，发现E-Fenton能快速降解50 mg/L高浓度氯霉素，Bioelectric Fenton能快速降解1 mg/L低浓度氯霉素，说明E-Fenton适用于降解制药废水中的高浓度氯霉素，Bioelectric Fenton更适用于降解自然水体中的低浓度氯霉素。本项目的实施为废水中氯霉素的高效去除以及降解反应机理提供重要的科学信息，深化人们对该类有机污染物在复杂反应条件下降解特性的进一步认识，对该类化合物的污染防治具有重要的学术价值。