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过硫酸盐对对乙酰氨基酚的降解实验研究

2024-10-30 107 上传者：管理员

摘要：对乙酰氨基酚(ACE)是非常典型的一种药物与个人护理产品，被广泛用于临床治疗，经过人体吸收代谢和医疗废水排放后进入自然环境，传统水处理技术难以有效处理。本文以对乙酰氨基酚(ACE)为研究对象，考察过硫酸氢钾(KHSO5)、过硫酸钠(Na2S2O8)两种过硫酸盐在溶液pH值、过硫酸盐用量、反应温度、反应时间等参数对对乙酰氨基酚(ACE)降解效率的影响。实验结果表明：溶液pH值升高到9时，对乙酰氨基酚(ACE)降解率达到最高，且过硫酸钠(Na2S2O8)比过硫酸氢钾(KHSO5)降解对乙酰氨基酚(ACE)的效果更高，那是由于氧化还原电位前者(+2.01 V)高于后者(+1.77 V)。随着过硫酸盐用量的增加，对乙酰氨基酚(ACE)降解率也增加，但并非过硫酸盐用量越大越好。随着反应温度的升高，对乙酰氨基酚(ACE)降解率有所增加，但变化幅度非常小，即持续保持较高的降解率。随着反应时间的延长，对乙酰氨基酚(ACE)降解率增加。

关键词：
ACE
个人护理产品
对乙酰氨基酚
过硫酸氢钾(KHSO5)
过硫酸钠(Na2S2O8)
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药物与个人护理产品(PPCPs)是一种新兴的水体污染物，其主要来源于各类医疗废水和生活污水，如抗生素、化妆品、护肤品等[1]。随着医疗水平和人民生活水平的提高，近年来PPCPs在水体中频繁被检出[2]。对乙酰氨基酚(ACE)，非常典型的一种PPCPs，可用于缓解普通感冒或流行性感冒引起的高热以及缓解轻至中度的疼痛症状，被广泛用于临床治疗，经过人体吸收代谢和医疗废水排放后进入自然环境[3-5]。研究表明当ACE浓度高于1.8 g/L时会对水生生物产生毒性[6]。由于ACE这类PPCPs污染物具有耐受性强、易富集、难生物降解等特点，传统水处理技术中难以有效处理[7]。目前主要采用吸附法[8-9]、生物法[10-11]、高级氧化法[12-14]等。其中吸附法存在吸附剂难以再生、后期处理费用高、处理效率较低等缺点；生物法受限于高浓度和强酸碱废水，且处理效率不高；高级氧化法因其具有强氧化性、能将目标污染物中的化学键断裂而被认为是一种高效处理技术。

本文以对乙酰氨基酚(ACE)为研究对象，考察过硫酸氢钾(KHSO5)、过硫酸钠(Na2S2O8)两种过硫酸盐在溶液pH值、过硫酸盐用量、反应温度、反应时间等参数下对对乙酰氨基酚(ACE)降解效率的影响。

1、实验材料和方法

1.1 实验用原料及试剂

对乙酰氨基酚(ACE)、过硫酸氢钾(KHSO5)、过硫酸钠(Na2S2O8)、氢氧化钾(KOH)、盐酸(HCl)等，均为分析纯；去离子水由实验室自制。

1.2 实验仪器

电子天平(AR224CN)、恒温振荡器(TS-200B)、pH计(pHSJ-5)、恒温干燥箱(DRX-4A)、离心机(TG16-WS)等。

1.3 实验方法

配置初始浓度为20 mg/L的对乙酰氨基酚溶液(ACE)，用盐酸和氢氧化钾调节初始pH。随后分别加入一定量的过硫酸氢钾(KHSO5)和过硫酸钠(Na2S2O8)反应一定时间后，使用高速离心机离心分离，取上清液待测。

所有实验均平行三次，结果取其平均值。

1.4 测试方法

对乙酰氨基酚(ACE)测定：采用高效液相色谱法检测反应过程中对乙酰氨基酚(ACE)的浓度。

2、实验结果与讨论

2.1 溶液pH值对对乙酰氨基酚(ACE)降解效果的影响

室温下(25±2℃)，反应30分钟，过硫酸盐投加量0.5 g/L，分别考察过硫酸氢钾(KHSO5)、过硫酸钠(Na2S2O8)在不同溶液pH下(3、5、7、9、11)对对乙酰氨基酚(ACE)降解效果的影响。结果如图1所示。

从图1可以看出，过硫酸氢钾(KHSO5)和过硫酸钠(Na2S2O8)两种过硫酸盐降解对乙酰氨基酚(ACE)的效果不一样，而且明显看出过硫酸钠(Na2S2O8)比过硫酸氢钾(KHSO5)降解对乙酰氨基酚(ACE)的效果更高，那是由于二者的氧化还原电位不同，且前者(+2.01 V)高于后者(+1.77 V)。

由图1还可以得知，过硫酸氢钾(KHSO5)和过硫酸钠(Na2S2O8)两种过硫酸盐对对乙酰氨基酚(ACE)降解效果随溶液pH变化的影响趋势基本一致，即在溶液较低pH值范围(3～9)内，随着溶液pH值的升高，对乙酰氨基酚(ACE)降解率也增加，直到溶液pH值升高到9时，对乙酰氨基酚(ACE)降解率达到最高(分别为86.5%和97.8%)。溶液pH值继续升高时，对乙酰氨基酚(ACE)降解率大幅降低。因此后续实验选择溶液pH值为9。

图1 溶液p H值对对乙酰氨基酚(ACE)降解效果的影响

2.2 过硫酸盐用量对对乙酰氨基酚(ACE)降解效果的影响

室温下(25±2℃)，反应30分钟，溶液pH值9，分别考察不同过硫酸氢钾(KHSO5)、过硫酸钠(Na2S2O8)用量(0.1 g/L、0.3 g/L、0.5 g/L、0.7 g/L、0.9 g/L)下对对乙酰氨基酚(ACE)降解效果的影响。结果如图2所示。

图2 过硫酸盐用量对对乙酰氨基酚(ACE)降解效果的影响

从图2可以看出，过硫酸氢钾(KHSO5)和过硫酸钠(Na2S2O8)两种过硫酸盐降解对乙酰氨基酚(ACE)的效果不一样，而且明显看出相同过硫酸盐用量的前提下，过硫酸钠(Na2S2O8)比过硫酸氢钾(KHSO5)降解对乙酰氨基酚(ACE)的效果更高。

由图2还可以得知，过硫酸氢钾(KHSO5)和过硫酸钠(Na2S2O8)两种过硫酸盐对对乙酰氨基酚(ACE)降解效果随过硫酸盐用量变化的影响趋势基本一致，即在过硫酸盐用量(0.1 g/L～0.5 g/L)内，随着过硫酸盐用量的增加，对乙酰氨基酚(ACE)降解率也增加，直到过硫酸盐用量0.5 g/L时，对乙酰氨基酚(ACE)降解率达到最高(分别为86.5%和97.8%)。过硫酸盐用量增加到0.7 g/L时，对乙酰氨基酚(ACE)降解率基本保持不变；过硫酸盐用量增加到0.9 g/L时，对乙酰氨基酚(ACE)降解率反而降低。因此后续实验选择过硫酸盐投加量0.5 g/L。

2.3 反应温度对对乙酰氨基酚(ACE)降解效果的影响

反应30分钟，溶液pH值9，过硫酸盐投加量0.5g/L，分别考察过硫酸氢钾(KHSO5)、过硫酸钠(Na2S2O8)在不同反应温度下(25℃、35℃、45℃、55℃)对对乙酰氨基酚(ACE)降解效果的影响。结果如图3所示。

由图3可知，过硫酸氢钾(KHSO5)和过硫酸钠(Na2S2O8)两种过硫酸盐对对乙酰氨基酚(ACE)降解效果随反应温度变化的影响趋势基本一致，即随着反应温度的升高，对乙酰氨基酚(ACE)降解率有所增加，但变化幅度非常小，即持续保持较高的降解率。因此后续实验选择常温(25±2℃)下反应。

图3 反应温度对对乙酰氨基酚(ACE)降解效果的影响

2.4 反应时间对对乙酰氨基酚(ACE)降解效果的影响

室温下(25±2℃)，溶液pH值9，过硫酸盐投加量0.5 g/L，分别考察过硫酸氢钾(KHSO5)、过硫酸钠(Na2S2O8)在不同反应时间下(5分钟、10分钟、15分钟、20分钟、25分钟、30分钟)对对乙酰氨基酚(ACE)降解效果的影响。结果如图4所示。

图4 反应时间对对乙酰氨基酚(ACE)降解效果的影响

由图4可以得知，过硫酸氢钾(KHSO5)和过硫酸钠(Na2S2O8)两种过硫酸盐对对乙酰氨基酚(ACE)降解效果随氧化反应时间变化的影响趋势基本一致，即随着反应时间的延长，对乙酰氨基酚(ACE)降解率增加，尤其是反应时间从5分钟延长到30分钟时对乙酰氨基酚(ACE)降解率增加非常快，继续延长反应时间到35分钟，对乙酰氨基酚(ACE)降解率基本保持不变。因此后续实验均选择30分钟作为氧化反应时间。

3、结论

药物与个人护理产品(PPCPs)是一种新兴的水体污染物，其主要来源于各类医疗废水和生活污水，如抗生素、化妆品、护肤品等。随着医疗水平和人民生活水平的提高，近年来PPCPs在水体中频繁被检出。对乙酰氨基酚(ACE)，非常典型的一种药物与个人护理产品(PPCPs)，被广泛应用于临床治疗，经过人体吸收代谢和医疗废水排放后进入自然环境，传统水处理技术难以有效处理。本文以对乙酰氨基酚(ACE)为研究对象，考察过硫酸氢钾(KHSO5)、过硫酸钠(Na2S2O8)两种过硫酸盐在溶液pH值、过硫酸盐用量、反应温度、反应时间等参数对对乙酰氨基酚(ACE)降解效率的影响。结果表明：

(1)溶液pH值升高到9时，对乙酰氨基酚(ACE)降解率达到最高。且过硫酸钠(Na2S2O8)比过硫酸氢钾(KHSO5)降解对乙酰氨基酚(ACE)的效果更高。

(2)随着过硫酸盐用量的增加，对乙酰氨基酚(ACE)降解率也增加，过硫酸盐最佳用量0.5 g/L。

(3)随着反应温度的升高，对乙酰氨基酚(ACE)降解率有所增加，但变化幅度非常小，即持续保持较高的降解率。最佳温度为常温(25±2℃)。

随着反应时间的延长，对乙酰氨基酚(ACE)降解率增加，最佳反应时间为30分钟。

参考文献:

[8]商岑尧,顾若婷,张强,等.秸秆生物炭吸附对乙酰氨基酚的机制及其位能分布特征[J].环境科学,2022,43(9):4888-4901.

[13]曹飞,袁守军,张梦涛,等.臭氧氧化水溶液中对乙酰氨基酚的机制研究[J].环境科学,2014,35(11):4185-4191.

[14]汤海峰,王海玲,魏朋,等.电催化氧化降解对乙酰氨基酚实验研究[J].现代化工,2019,3:1-11.

文章来源:朱春.过硫酸盐对对乙酰氨基酚的降解实验研究[J].广东化工,2024,51(20):24-25+23.