过一硫酸盐修复磺胺噻唑污染土壤的效能、机理及植物毒性变化.pdf

摘要

磺胺噻唑(Sulfathiazole,简称STZ)是一种典型的磺胺类抗生素(sulfonamides，

简称SAs)，主要用于治疗畜牧养殖或家畜由于敏感菌引起的消化道、呼吸道感

染等疾病。但由于动物对该种抗生素的消化并不完全，使得其高浓度药物残留在

世界不同地区的水体和土壤环境中被发现。尽管如今已经开发了许多用于降解环

境中STZ的方法，但是绝大部分的研究都是以水相作为研究介质，而关于如何

降解土壤中的STZ以及STZ对土壤健康潜在影响的研究却十分稀少。

过一硫酸盐(PMS)能够有效去除水体中的有机污染物，但却很少应用于土壤

污染修复。此外，在以往的研究中，PMS可以通过过渡金属、紫外线(UV)、超声

(US)、热解等不同的方法活化以产生硫酸根自由基(SO4•−)和羟基自由基(HO•)等

强氧化性物质，从而高效分解有机污染物。但上述方法中额外的试剂添加或能量

输入不仅提高了系统运行成本，还可能增加潜在的环境风险，从而限制其实际应

用的普适性。因此，众多研究便开始致力于开发单独使用PMS的方法来降解环

境中的有机污染物质。研究发现，PMS直接氧化工艺具有优异的性能，可以在没

有电子介质、催化剂或外部能量的情况下有效降解有机污染物。此外，相较基于

过硫酸盐的高级氧化技术(PS-AOPs)产生的常规活性物质如SO4•−和HO•而言，温

1

和氧化电位的非自由基物种如单线态氧(O)具有更高的底物特异性和更好的抗

2

干扰特性。

综上，本研究单独使用PMS利用其自分解以及氧化性来修复土壤中的STZ

污染，据我们所知，这是第一次尝试单独使用PMS降解土壤中的STZ。主要的

研究结果如下：

(1)PMS具有的不对称分子结构和更强的氧化性能，使得它比过二硫酸盐

(PDS)和过氧化氢(HO)具有更好的STZ降解能力，4mmol/LPMS可在60分钟

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内降解土壤中96.54%的STZ，且PMS对不同浓度的STZ都具有出色的氧化性

1

能。猝火和探针实验表明，去除STZ的主要活性氧物质为O，而不是传统研究

2

中认为的SO4•−和HO•。此外，通过液相色谱-质谱(LC/MS)分析，提出了本研究

氧化体系可能的降解中间产物和降解途径。

(2)反应初始pH值在3.21-9.00范围内时，PMS对土壤中的STZ的降解表

现出比较为理想的降解效果，而当pH值提高到10.96时，STZ的降解效率明显

−2−

下降；PMS能够在温度范围为10°C-40°C时有效降解土壤中的STZ；Cl、SO4、

NO3−、Fe3+和腐殖酸(HA)的存在提高了STZ的降解效率，而HCO3−和Mn2+在高

浓度下对STZ的消除有阻碍作用。

I

(3)使用不同的化学提取程序来检测土壤修复前后重金属的生物利用度，实

验结果表明，在PMS氧化降解过程中，除了金属Mn浓度增加和金属Ba浓度降

低外，氧化体系对其他重金属生物利用度的影响不明显。土壤经过修复后，所种

植的小麦和萝卜的发芽率以及茎长均有所增加，表明PMS氧化降低了STZ的毒

性，金属Mn浓度的增加并没有对其生长产生负面影响。此外，XRD和FTIR测

试结果表明氧化过程对土壤结构和组成无明显的影响。

本研究对于PMS降解STZ的体系机理及其效能影响因素进行了系统的分

析，并结合具体实验探讨了修复体系对土壤原生理化性状的影响。研究结果表明

单独使用PMS能够有效去除土壤环境中的抗生素残留，对恢复土壤生态健康具

有重大意义