两种喹诺酮类抗生素对亚心形扁藻的毒性效应研究

研究了恩诺沙星和盐酸环丙沙星两种喹诺酮类抗生素对亚心形扁藻的毒理学效应。经多组不同浓度的两种抗生素处理后,分别对扁藻的96EC50、叶绿素和胞外聚合物（EPS）进行分析。结果表明,两种抗生素在低浓度时对扁藻生长具有促进作用,而在高浓度时体现抑制毒性作用。高浓度时,抗生素浓度越高对扁藻的生长、叶绿素和胞外聚合物抑制效果越明显,但当浓度达到一定高度后,抑制会达到其阈值。恩诺沙星和盐酸环丙沙星对扁藻的半生长抑制率分别为19.8 mg/L和28.7 mg/L。     

碱活化过一硫酸盐降解水中环丙沙星

采用碱活化过一硫酸盐(peroxymonosulfate,PMS)对环丙沙星(ciprofloxacin,CIP)的去除进行了系统地研究.结果表明,碱活化PMS体系能够高效地去除CIP.通过自由基捕获实验确定了单线态氧(~1O_2)和超氧自由基(O_2~-·)是反应体系中的主要活性物种.NaOH浓度、PMS浓度、反应温度和共存阴离子等对CIP在碱活化PMS体系中的去除均有一定影响.随着NaOH和PMS浓度的增加,CIP的降解均呈现出先增加后降低的趋势.提高反应温度能够加大CIP的反应速率,经过阿伦尼乌斯方程拟合得到的反应活化能为5.09 k J·mol~(-1).不同的阴离子对CIP的去除呈现不同的影响:Cl~-、SO_4~(2-)和NO_3~-对CIP的降解没有呈现明显的作用,H_2PO_4~(2-)能够有效地抑制环丙沙星的去除,而CO_3~(2-)极大地促进了反应进程.通过UPLC-MS/MS可检测到10种降解产物,CIP分子结构中的哌嗪环易于受到活性物种的攻击.     

污泥生物炭制备吸附陶粒

以城市污泥热解产生的生物炭(BC)与高岭土(KL)为原料制备吸附陶粒(SKC),研究其对环丙沙星(CIP)的吸脱附性能,开展吸附动力学和等温吸附特性研究,结合形貌、孔结构、物相组成、表面电位探讨其吸附机制,利用TCLP法研究重金属浸出特征.结果表明BC与KL以6∶4的质量比混合造粒,经1 050℃烧结5 min得到的SKC对CIP有明显的吸附效果,去除率达65.34%;SKC对CIP的吸附符合二级动力学模型,在不同质量浓度下的吸附特性适用于Freundlich等温吸附模型,吸附过程同时存在物理和化学吸附.SKC具有良好的孔隙结构,物相组成以硅铝氧化物、铁氧化物和金属磷酸盐为主,既能降低重金属的浸出毒性又具有良好的CIP吸附去除效果,有望为处理废水中高浓度CIP提供一种低成本可回收的吸附材料,也为BC的规模化安全利用提供了新思路.     

微塑料对黑麦草吸收和累积水体中环丙沙星的影响

微塑料（microplastics,MPs）和抗生素作为新型环境污染物,引起了国内外学者对其生态风险的关注.以黑麦草（Lolium perenne L.）为供试植物,以聚苯乙烯微塑料和环丙沙星（ciprofloxacin,CIP）为研究对象,探讨微塑料对水培黑麦草吸收和富集抗生素的影响及MPs-CIP复合污染对植物生长的毒性作用.结果表明:黑麦草对单一CIP和MPs-CIP复合污染中的CIP均有吸收去除能力,底物中微塑料的存在会促进黑麦草对低浓度CIP的吸收去除,去除率最高可达100%,但对高浓度（1.0、2.0 mg/L）CIP吸收的影响不显著（P>0.05）.同时,微塑料可促进黑麦草根部积累的CIP向地上部转运,当CIP浓度分别为0.1、2.0 mg/L时,投加微塑料后根部积累的CIP含量与单一CIP处理组相比分别降低了44.0%、21.2%,叶片中CIP的积累量分别增加了2.9、3.0倍.微塑料的加入显著加重了CIP对黑麦草生长和叶绿素含量的抑制作用.与2.0 mg/L CIP处理组相比,50.0 mg/L MPs-2.0 mg/L CIP复合污染处理组对黑麦草根长和鲜质量的抑制率分别增加了53.7%和79.6%,而叶绿素a、b含量则分别降低了38.5%和44.4%.研究显示,水体中微塑料与CIP的共存会影响黑麦草吸收和体内积累CIP,并加重CIP对植物生长的毒性作用.      

磁性生物炭对水中CIP和OFL的吸附行为和机制

采用化学共沉淀方法将Fe2+/Fe3+和芦苇生物质材料进行复合,然后于873.15 K限氧热解制备出具有磁分离及高吸附性能的磁性生物炭(MBC).利用SEM、BET、FTIR和VSM等对其理化性质进行表征,并考察了MBC对水中环丙沙星(CIP)和氧氟沙星(OFL)的吸附行为和机制.结果表明,MBC表面含有大量的含氧官能团,比表面积和总孔体积分别为254.6 m2·g-1和0.257 cm3·g-1.MBC对CIP和OFL的吸附有很强的p H和温度依赖性.不同p H下,CIP和OFL各形态离子(阳离子、两性离子和阴离子)对吸附的贡献不同.MBC对CIP和OFL的吸附过程为自发、熵增的吸热过程.CIP和OFL在磁性炭上的吸附动力学符合准二级动力学模型,吸附等温线符合Langmuir模型.MBC对CIP和OFL的平衡吸附量分别为27.84 mg·g~(-1)和22.00 mg·g~(-1).孔填充作用、π-π电子供体受体作用、氢键作用、疏水作用和静电作用可能是MBC吸附CIP和OFL的重要机制.     

酸化赤泥吸附环丙沙星的特征、机理及过程优化

为提高赤泥的资源化利用及抗生素有机废水的深度处理,以酸化赤泥为吸附剂、环丙沙星为目标污染物,研究了酸化赤泥吸附环丙沙星的条件、特征和机理.采用响应面法中Box-Behnken设计方法,以吸附温度、溶液pH值、环丙沙星初始浓度、酸化赤泥投加量为自变量,吸附量为响应值建立4因素3水平优化模型,确定了最佳吸附条件,并对吸附过程的动力学模型、等温线模型、热力学特性及吸附机理进行了研究.结果表明,溶液pH值、环丙沙星初始浓度、酸化赤泥投加量为影响吸附量的显著因素.酸化赤泥吸附环丙沙星的最佳条件为：温度45℃、pH=3.04、环丙沙星初始浓度29.20mg/L,酸化赤泥投加量3.40g/L,预测最大吸附量为7.30mg/g.酸化赤泥吸附环丙沙星的过程遵循伪二级反应动力学模型及Langmuir-Freundilich吸附等温线模型,经过拟合最大吸附量分别为7.90和7.35mg/g.根据Van Tehoff公式计算吸附热力学状态函数ΔG⁰为-82.13~-94.37kJ/mol、ΔS⁰为0.61J/（mol·K）、ΔH⁰为100.25KJ/mol,吸附为自发进行的吸热反应.FTIR表明环丙沙星分子中-COO与酸化赤泥的Al-O键发生络合反应,C=O与Fe-O键发生微弱的静电或内球面键合作用.研究表明,酸化赤泥是一种极具潜力的廉价吸附剂,可用于处理抗生素污染废水.     

环丙沙星在模拟水生态系统中的动态研究

利用高效液相色谱法对环丙沙星(CPFX)在微宇宙模拟水生态系统中的归趋,包括CPFX在水体、沉积物、生物体[皇冠草(Echinodorus amazonicus)、河蚬(Corbicula fluminea)、异育银鲫(Carassius auratus gibelio)]等不同分配相及生物体不同组织中的动态变化过程进行了研究.结果表明:在模拟水生态系统中加入500.00 μg·L-1 CPFX后,药物部分被水生生物所吸收,部分沉降进入底泥中.在各相中的CPFX残留量随时间不断变化,1 d内水体中药物含量降至15.30 μg·L-1,而底泥中药物含量升至385.57 μg·kg-1.CPFX不同程度地富集和残留于水生生物体中,皇冠草对CPFX的吸收量大,尤其是叶片部分1 d内含量高达795.43 μg·kg-1,随后逐步降低;河蚬、异育银鲫对CPFX有明显的吸收积累,并且在体内的残留时间可长达45 d,不同组织对CPFX的吸收积累存在明显差异,在内脏中的积累量比肌肉组织高.不同生物体中CPFX的分布和富集存在着较大差异,其趋势为皇冠草＞河蚬＞异育银鲫.     

石墨烯量子点/Bi2WO6的制备及其对抗生素的降解性能

采用一步水热法与两步水热法制备了GQDs/Bi₂WO₆（GQDs为石墨烯量子点）复合材料,利用氙灯为光源,考察了暗反应与光反应条件下GQDs/Bi₂WO₆对目标污染物环丙沙星的吸附性能与光催化性能,并对所制备的部分材料进行了表征。实验结果表明,相比于纯Bi₂WO₆,一步法制备的0.20GQDs/Bi₂WO₆（柠檬酸CA与 Bi₂WO₆物质的量比为0.2）和两步法制备的2%GQDs/Bi₂WO₆（GQDs与Bi₂WO₆的质量比为2%）有着相对更好的吸附性能与光催化性能。其中,0.20GQDs/Bi₂WO₆光催化效果最好。暗反应30 min后,环丙沙星吸附去除率为50.4%。光反应60 min后,环丙沙星的光催化去除率为42.6个百分点,总去除率达93.0%。表征结果显示,0.20GQDs/Bi₂WO₆的比表面积最大,且光生空穴和电子复合概率也相对较低。     

环丙沙星对膜生物反应器中微生物群落及抗性基因的影响

用膜生物反应器(membrane bioreactor,MBR)处理含环丙沙星(ciprofloxacin,CIP)的合成废水,考察了不同CIP进水浓度(0、5、10、15 mg·L-1)下MBR的微生物群落特征和抗性基因丰度的变化.结果表明,随着进水中CIP浓度从0 mg·L-1增加至15 mg·L-1,变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)仍保持为优势菌门,相对丰度比例分别为57.5%和12.7%;红环菌科(Rhodocyclaceae)、Chitinophagaceae和丛毛单胞菌科(Comamonadaceae)被选择成为优势菌科,比例分别为29.96%、5.44%和6.60%;Methyloversatilis、Ferruginibacter、动胶菌属(Zoogloea)和丛毛单胞菌属(Comamonas)被选择成为优势菌属,比例分别为21.70%、7.56%、5.24%和4.15%;Chao1、ACE、Shannon指数逐渐降低和Simpson指数逐渐升高,表明MBR污泥中微生物丰富度和多样性均降低;亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)、硝化螺旋菌属(Nitrospira)、产碱菌属(Alcaligenes)和硝化杆菌属(Nitrobacter)相对丰度减少,使得氨氮去除率降低.CIP抗性基因(CIP-ARGs)分析表明,当MBR在CIP投加浓度为5 mg·L-1下运行至第33 d时,反应器中的gyr A、gyr B和par C基因相对丰度较CIP投加初期增加,加大了抗药风险.     

改性微管氮化碳的制备及光催化性能

以三聚氰胺、固体亚磷酸H₃PO₃为原料,通过水热-煅烧法制备了不同质量比的磷掺杂且具有层状堆积结构的六方管状氮化碳（MTCN-x）,x为固体亚磷酸与三聚氰胺的质量比.采用X射线衍射仪（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、比表面积分析仪（BET）、荧光光谱（PL）和紫外-可见漫反射光谱（UV-vis DRS）对最佳质量比X=1.2（MTCN-1.2）和不添加固体亚磷酸X=0（MTCN-0）催化剂形貌结构和光学性能进行了表征,结果表明,磷掺杂抑制了催化剂晶粒的生长,缩小了能带宽度,增加了可见光响应范围及可见光的利用率,有效的抑制了光生电子－空穴的复合,显著增强了光催化性能.通过光降解实验表明,MTCN-1.2在10min对抗生素环丙沙星（CIP）和四环素（TCL）的降解率分别为99.7%和97.8%,其反应速率常数分别是普通氮化碳（BCN）的10.5倍和6.8倍,表明改性的MTCN-1.2具有比MTCN-0、BCN更好的光催化降解性能.同时分别考察了溶液pH值、催化剂投加量、腐殖酸（HA）浓度等因素对光催化降解抗生素的影响,结果表明,CIP与TCL降解效果最佳的pH值分别为5和9.催化剂投加量的过高和HA浓度的升高,都会造成光催化效率的下降.自由基捕获实验证明,该催化体系降解过程中超氧自由基（·O^2-）和空穴（h⁺）占主导作用.