Page 39 - 《精细化工》2021年第5期
P. 39

第 5 期               王佳豪，等:  光化学 AOPs 去除水中抗生素抗性菌和抗性基因研究进展                                 ·893·


                 近年来，学者不断围绕催化剂的设计、反应器                          述，TiO 2 基光催化剂对 ARGs 的去除效果显著，而
            与操作条件的优化展开研究。IBRAHIM 等                  [36] 利用    在 KARAOLIA 等    [45] 的石墨烯基 TiO 2 研究中，只有
            TiO 2 纳米粒子（TiO 2 NPs）/H 2 O 2 为催化剂去除水中             特定抗性基因被去除，其他 ARGs 持续存在于在整
            耐吉米沙星（GEM）大肠杆菌，发现在最佳实验条                            个处理过程中。VENIERI 等         [46] 利用二元 Mn/Co 掺
            件下，UV 照射 30 min 内平均对数去除率约为 1.3                     杂的 TiO 2 催化剂去除废水中的肺炎克雷伯菌，结果
            log。TiO 2 作光催化剂时，与加入的 H 2 O 2 产生了协                 发现，虽然在模拟太阳辐射下照射 30 min 后细菌的
            同作用，更有利于 ARB 的灭活和 ARGs 的去除。类                       对数去除率为 6 log，而消毒后存活细胞的耐药性依
            似的，GUO 等      [37] 探讨了 TiO 2 光催化耐甲氧西林金             然保持较高水平。对于不含 TiO 2 的光催化剂则是针
            黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌及其胞内的 ARGs                            对抗性菌的灭活较多，对于 ARGs 的去除效果并不
            （mecA 和 ampC）的去除效果，发现 TiO 2 光催化薄                   理想  [47] 。此外，光催化技术研究的重点难点在于催
                              2
            膜在 6 和 12 mJ/cm 的 UV 254 照射下，分别灭活了                 化效率的提高以及实际应用中催化剂如何回收的问
            （4.5~5.0） log 和（5.5~5.8） log 的 ARB；在相似             题。负载型催化剂虽然更易分离回收，但与液相接
            条件下则需要更高的紫外线剂量来去除 ARGs，即                           触的面积小于悬浮态，因此，固定化催化剂对细菌
                      2
            120 mJ/cm 的 UV 254 照射下去除了 5.8 log 的 mecA           的灭活需要更长的辐照时间。总之，光催化氧化技
            和 4.7 log 的 ampC。此外，加入 H 2 O 2 后 ARB 和 ARGs        术对于 ARB 的灭活以及 ARGs 的去除根据光催化材
            的对数去除率会进一步提高，且随着 H 2 O 2 浓度的增                      料的区别以及操作参数和条件的不同而导致去除效
            加，对数去除率均有提高，这可能是由于•OH 生成                           果有很大差异，因此，光催化氧化技术要实现水生
            量的增多。目前，许多学者利用对 TiO 2 改性、复合                        环境中 ARB 和 ARGs 的控制仍有很大的研究空间。
                                         [38]
            等方法，如非共价卟啉功能化 TiO 2            、聚偏氟乙烯-TiO 2        2.3    光 Fenton 氧化
                                                                                              2+
            复合超滤膜      [39] 等来提高 TiO 2 光催化效率并有效应                   传统 Fenton 氧化法是利用 Fe 和 H 2 O 2 体系反
            用于水中 ARB 和 ARGs 的去除。                               应产生•OH 来去除难降解有机物，其对 H 2 O 2 的利用
                 对于不含 TiO 2 的光催化剂制备也是光催化材料                     率以及对目标物的矿化程度并不高。光 Fenton 氧化
                                                                                                         3+
            研究领域的热点，金属氧化物、石墨相氮化碳                               法将 UV 或可见光引入芬顿体系后，可通过 Fe 和
            （g-C 3 N 4 ）等常被应用于水中 ARB 和 ARGs 的去除                UV 对 H 2 O 2 的催化分解产生协同效应大大改善其氧
            研究。ZnO 与 TiO 2 类似，都具有良好的光催化性能，                     化性能。GIANNAKIS 等      [48] 研究表明，太阳光 Fenton
            这类半导体催化剂在灭菌领域具有良好的应用前                              氧化法可以在 90 min 内完全灭活具有多重耐药性的
            景  [40] 。ZAMMIT 等  [41] 制备了一种固定化铈掺杂氧               金黄色葡萄球菌（MRSA AW25）和大肠杆菌（S115），
            化锌（Ce-ZnO）光催化剂，其在生理盐水中对大肠                          有效破坏其胞内抗性基因且并未观察到细菌再生现
            杆菌 DH5α 的去除率减少了 3 log；在实际废水中，                      象。传统光 Fenton 氧化法的缺点之一是对 pH 的要
            Ce-ZnO 比 TiO 2 -P25 灭活对数去除率高 2 log。DAS             求较高，需要在酸性条件下进行，而通过添加与过
            等 [42] 制备了 Ag@SnO 2 @ZnO 核壳纳米复合材料并                 渡金属有很强螯合作用的螯合剂乙二胺二琥珀酸
            以此为催化剂，在太阳光下照射 210 min、催化剂质                        （EDDS）可避免 pH 限制，这种毒性低且具有生物
            量浓度为 500 mg/L 的条件下即可完全灭活水中多                        可降解性的螯合剂在改进芬顿体系效果的同时还具
            重耐药菌芽孢杆菌 CBEL-1，且消毒完成后 96 h 内                      有环境友好的优点。在中性或酸性条件下，EDDS
                                                                                      2+
            未观察到细菌再复活现象。另外，g-C 3 N 4 是杀菌消                      在反应体系中不仅可与 Fe 发生络合反应，之后与
            毒领域中非金属催化剂的研究热点。YU 等                    [43] 利用    H 2 O 2 发生芬顿反应，还能与有效络合反应产生的
                                                                                            3+
                                                                 3+
            可见光照射 Ag/AgBr/g-C 3 N 4 进行光催化灭活四环素                 Fe 形成溶解性络合物，增加 Fe 在水中的溶解度，
            耐药大肠杆菌及其耐药基因。结果表明，在光照强                             减少铁泥的产生。AHMED 等            [49] 利用添加 EDDS，
                            2
            度为 96.0 mW/cm ，光催化剂用量为 211.0 mg/L，                 在中性 pH 条件下利用可见光 LED 芬顿体系对含有
            反应温度为 23.7  ℃的条件下，90 min 后 ARB 对数                  tetA 和 bla TEM-1 两种 ARGs 的大肠杆菌 DH5α 进行灭
            去除率为 6.1 log，相关抗性基因 tetA、tetM、tetQ                 活研究，发现 30 min 后 ARB 对数去除率为 6.17 log
            和 intI1 的对数去除率分别为 0.3 log、0.9 log、0.5 log          且 48 h 后 ARB 无再生现象。在基于短扩增子和长
            和 0.9 log。有研究将分子印迹技术引入石墨相氮化                        扩增子 qPCR 检测下，bla TEM-1 分别减少了 7.49 log
            碳（MIP-C 3 N 4 ），其光催化速率比纯石墨相氮化碳快                    和 8.56 log，tetA 分别减少了 6.75 log 和 7.62 log。
                                                                                                         2+
            37 倍，极大地提高了光催化的选择性                [44] 。           然 而 ，该法 芬 顿剂量 （ 0.5 mmol/L 的 Fe 和
                 然而，关于 TiO 2 基和不含 TiO 2 的光催化剂对                 10 mmol/L 的 H 2 O 2 ）相对较高，限制了其在废水消
            ARGs 去除效果方面的研究存在争议。按照前文所                           毒中的实际应用。目前，光 Fenton 氧化法应用于
   34   35   36   37   38   39   40   41   42   43   44