Diffusive gradients in thin films using molecularly imprinted polymer binding gels for in situ measurements of antibiotics in urban wastewaters

• Selective molecularly imprinted polymer (MIP) binding gel was prepared. • MIP-DGT showed excellent uptake performance for antibiotics. • In situ measurement of antibiotics in wastewaters via MIP-DGT was developed. • The MIP-DGT method was robust, reliable, and highly sensitive. Urban wastewater is one of main sources for the introduction of antibiotics into the environment. Monitoring the concentrations of antibiotics in wastewater is necessary for estimating the amount of antibiotics discharged into the environment through urban wastewater treatment systems. In this study, we report a novel diffusive gradient in thin films (DGT) method based on molecularly imprinted polymers (MIPs) for in situ measurement of two typical antibiotics, fluoroquinolones (FQs) and sulfonamides (SAs) in urban wastewater. MIPs show specific adsorption toward their templates and their structural analogs, resulting in the selective uptake of the two target antibiotics during MIP-DGT deployment. The uptake performance of the MIP-DGTs was evaluated in the laboratory and was relatively independent of solution pH (4.0–9.0), ionic strength (1–750 mmol/L), and dissolved organic matter (DOM, 0–20 mg/L). MIP-DGT samplers were tested in the effluent of an urban wastewater treatment plant for field trials, where three SA (sulfamethoxazole, sulfapyridine, and trimethoprim) and one FQ (ofloxacin) antibiotics were detected, with concentrations ranging from 25.50 to 117.58 ng/L, which are consistent with the results measured by grab sampling. The total removal efficiency of the antibiotics was 80.1% by the treatment plant. This study demonstrates that MIP-DGT is an effective tool for in situ monitoring of trace antibiotics in complex urban wastewaters.     

TiO_2光催化对微滤去除腐殖酸的膜污染控制研究

着重研究了不同紫外灯光源和照射时间条件下,TiO_2光催化(PCO)对微滤去除腐殖酸过程中的膜污染控制,并探讨了膜污染的控制机理。研究结果表明,TiO_2光催化能有效提高微滤对腐殖酸的去除,同时降低膜通量的下降,起到有效控制膜污染的作用。进一步的实验分析表明,TiO_2光催化控制膜污染的主要机理在于将腐殖酸降解为易于被TiO_2吸附的小分子量物质,吸附腐殖酸降解产物后的TiO_2聚合颗粒粒径增大,易于在膜表面形成更为松散的沉积层,并使膜污染从以膜孔堵塞和沉积层污染为主转化为以沉积层污染为主的可逆性污染。     

TiO_2/EP光催化降解水体中微污染磺胺嘧啶的研究

制备了膨胀珍珠岩(EP)为载体的TiO2催化剂(TiO2/EP),对使用较为广泛的抗生素磺胺嘧啶(SDZ)进行了光催化降解研究,探讨了TiO2的负载量、溶液的初始浓度、初始pH、无机离子(HCO3-、SO42-和Cl-)和腐殖酸(HA)对SDZ降解效果的影响。结果表明:SDZ的光催化降解符合一级反应动力学方程;当TiO2最佳负载量为20 wt%,SDZ浓度为5 mg/L,pH=6.7,紫外光照射强度为1 000μW/cm2,反应时间为45 min时,SDZ的降解率达到96%;HCO3-在低浓度时能促进SDZ的光催化降解,高浓度时促进作用不明显;SO42-和Cl-对SDZ的光催化降解有轻微的抑制作用;HA对SDZ光催化降解有显著的抑制作用,浓度越高,抑制作用越强。UV-TiO2/EP是一种去除水体中微污染SDZ的有效方法。     

水体中常见无机阳离子对TiO2薄膜光催化还原Cr（Ⅵ）的影响

选择了6种水体中常见的阳离子（Na^＋、Mg^2＋、Ca^2＋、Al^3＋、Cu^2＋、Ni^2＋）,分别考查了其对TiO2薄膜光催化还原Cr（Ⅵ）的影响;从光吸收、无机离子本身的性质对光生电子的捕获及传递等讨论了上述离子影响TiO2薄膜光催化还原Cr（Ⅵ）的反应速率的原因。结果表明：由于其不能捕获光生电子,Na^＋、Mg^2＋、Ca^2＋本身对TiO2薄膜光催化还原Cr（Ⅵ）的反应速率影响不大;Al^3＋吸引电子能力较强,成为光生电子和Cr（Ⅵ）之间的桥梁,促进了Cr（Ⅵ）的还原;浓度为1 mmmol/L时,Cu^2＋显著地促进了Cr（Ⅵ）的光催化还原,其主要原因是Cu^2＋捕获光生电子的能力很强,起到了催化剂的作用,而浓度大于10 mmol/L时,Cu^2＋形成单质Cu以及对紫外光的吸收都使促进作用降低;Ni^2＋未充满的d轨道具有获得并传递光生电子的能力,也促进了Cr（Ⅵ）的还原;在浓度同为1mmol/L时,对Cr（Ⅵ）光催化还原的促进作用依次为：Cu^2＋〉Al^3＋〉Ni^2＋〉Na^＋、Ca^2＋、Mg^2＋。     

Fe^3＋掺杂TiO2/凹凸棒复合材料的光催化性能

采用酸催化的溶胶-凝胶法制备了一系列Fe^3＋掺杂TiO2/凹凸棒（Fe^3＋-TiO2/ATP）复合光催化剂材料。在可见光条件下,以亚甲基蓝（MB）溶液的光催化降解反应,评价了样品的光催化性能,研究了TiO2负载量、Fe^3＋掺杂量和焙烧温度对复合材料光催化性能的影响。在单因素实验的基础上,采用正交实验设计（L25（53））优化了催化剂的制备条件。光催化实验结果表明,MB在复合材料上的光催化降解反应遵循Langmuir-Hinshelwood（L-H）动力学模型。正交实验结果表明,当TiO2负载量为15%、Fe^3＋掺杂量为0.5%和焙烧温度为550℃时,得到的复合材料对MB的光催化降解效率最佳,测得表观反应速率常数kapp为6.09×10^-3min^-1,反应4 h后MB的降解率（Dt）可达75.88%,相同实验条件下与P25（1.51×10^-3min^-1）相比较,反应速率提高了4.03倍,降解率提高了45.05%。另外,复合材料的沉降性能优于P25,易于分离,是一类有应用前景的复合光催化剂。敏世雄王芳魏立强王永生冯雷佟永纯韩玉琦     

TiO2光催化对微滤去除腐殖酸的膜污染控制研究

着重研究了不同紫外灯光源和照射时间条件下,TiO2光催化（PCO）对微滤去除腐殖酸过程中的膜污染控制,并探讨了膜污染的控制机理。研究结果表明,TiO2光催化能有效提高微滤对腐殖酸的去除,同时降低膜通量的下降,起到有效控制膜污染的作用。进一步的实验分析表明,TiO2光催化控制膜污染的主要机理在于将腐殖酸降解为易于被TiO2吸附的小分子量物质,吸附腐殖酸降解产物后的TiO2聚合颗粒粒径增大,易于在膜表面形成更为松散的沉积层,并使膜污染从以膜孔堵塞和沉积层污染为主转化为以沉积层污染为主的可逆性污染。     

TiO2-Cu2O/蒙脱土复合光催化剂的制备与性能

以钠基蒙脱土（MMT）为载体,先采用溶胶-凝胶法将纳米TiO₂引入到MMT层间,再采用化学沉积法将纳米Cu₂O负载在TiO₂/MMT上,制备出TiO₂-Cu₂O/MMT纳米复合光催化剂。采用XRD、SEM、紫外-可见漫反射技术对催化剂进行了表征。以甲基橙为目标污染物,考察了催化剂的光催化性能。表征结果显示：TiO₂与Cu₂O均匀分布在MMT的表面与片层孔隙中;TiO₂-Cu₂O/MMT结合了TiO₂和Cu₂O的特性,拓宽了催化剂的光吸收范围。实验结果表明,在光源为可见光、初始甲基橙质量浓度为20 mg/L、光催化剂加入量为2 g/L的条件下,TiO₂-Cu₂O/MMT纳米复合光催化剂对甲基橙的光催化降解效果明显优于单一负载的Cu₂O/MMT和TiO₂/MMT,大幅提高了催化剂的光催化效率,反应300 min时TiO₂-Cu₂O/MMT对甲基橙溶液的脱色率达到93%。     

纳米TiO2-石墨烯光催化剂的水热合成及其光催化性能

以钛酸四正丁酯和石墨为原料,通过水热法制备了锐钛矿型为主的纳米TiO2复合光催化剂（纳米TiO2-石墨烯）,并采用XRD,FTIR,FESEM,TEM技术对其进行了表征。通过紫外光照射降解溶液中的罗丹明B（RhB）研究了TiO2-石墨烯的光催化活性,分析了初始罗丹明B质量浓度、催化剂加入量、溶液pH和催化剂使用次数等影响降解效果的因素。实验结果表明：在初始RhB质量浓度为20 mg/L、溶液pH为7.10、催化剂加入量为1.000 g/L的条件下,紫外光照射30 min时,纳米TiO2-石墨烯对RhB的降解率高达98.69%,明显高于纳米TiO2的44.69%;纳米TiO2-石墨烯稳定性较强,可多次重复使用。     

大尺寸大孔径TiO_2/SiO_2光催化剂的制备及甲醛去除研究

以大孔径SiO2为载体,通过钛酸丁酯溶液的浸渍、原位水解以及高温煅烧制备出大尺寸、大孔径的TiO2/SiO2光催化剂。利用自制空气净化装置对室内甲醛的清除进行研究,分别考察了TiO2的百分含量、紫外光光强、温度、湿度和空气流量等不同条件下TiO2/SiO2光催化剂对除去甲醛效率的影响。结果表明,反应温度从10～50℃依次升高,去除率逐渐下降。在相对湿度为50%,TiO2负载率为55.6%,流量为8 m3/h时,甲醛的最佳除去率达96.5%;经过7周时间的考察,发现TiO2/SiO2光催化剂的催化活性没有明显的下降。     

ZnO/LixNi1-xO光催化降解甲基橙的研究

采用溶胶凝胶法制备LixNi1-xO和ZnO粉体,利用球磨法制备ZnO/LixNi1-xO复合粉体,以紫外光为光源,通过降解甲基橙,研究了锂掺杂及n-p复合对氧化镍的光催化性能影响。结果表明：当投放量为0.1 g/L,x≤0.075（摩尔分数）的锂掺杂氧化镍均比未掺杂氧化镍的光催化活性高。当锂掺杂摩尔分数为0.025,投放量为0.4 g/L时锂掺杂氧化镍的光催化活性最佳,甲基橙最高降解率达到93.1%。当ZnO/Li0.025Ni0.975O在质量比为1∶1,投放量为0.2 g/L时光催化活性最佳,甲基橙最高降解率达到98.1%。