研究背景及目的:
抗生素是一类广泛应用于防治人类、禽畜及水产养殖中各种细菌感染疾病的化合物。近年来,抗生素的种类、产量与用量不断增加,加上药品管理的混乱和药物的滥用问题非常严重,从而导致了人体以及环境中细菌耐药性的不断增强。国际环境科学界乃至公众已开始广泛关注河流、湖泊等水环境中药物污染及其潜在的危害性。抗生素是指由细菌、霉菌或其它微生物在生活过程中所产生的具有抗病原体或其它活性的一类物质,广泛用于人体医药卫生和畜禽养殖疾病的预防和控制.据统计,我国兽用抗生素平均年使用量约为6000t,按30%~90%的排泄率估算,每年约有1800~5400t的兽用抗生素排放进入环境.这些抗生素或随禽畜粪肥回到土壤,或通过废水排放进入地表水系统.全球共有16类以上的抗生素在土壤、地表水、底泥、生物体内检出,甚至在饮用水水源地和地下水也有检出的报道,表明此类物质已经成为较为严重环境污染物之一,需引起人们对其在环境中的分布、转化以及对生物生态及人类健康产生的危害等一系列问题的关注。然而我国对抗生素的环境污染问题的关注仍处于初步阶段,流域尺度的抗生素污染情况鲜有报道。目前抗生素主要生产方法有:①微生物发酵法;②化学合成法;③半化学合成法。其生产排放的废水水质特征如下:①来自发酵残余营养物的COD高(10一809/L)和SS高(0.5一259/L);②存在生物毒性物质,如残留抗生素及其中间代谢产物、高浓度硫酸盐、表面活性剂(破乳剂、消沫剂)等和提取分离中残留的高浓度酸、碱、有机溶剂等;③pH波动大,温度较高,色度高和气味重;④因间歇生产带来的排放水质、水量变动大;⑤排放高浓度废母液量大(150一850m3/t产品),因发酵液中抗生素得率仅0.1%一3%,且分离提取率仅60%一70%。抗生素药物通常含有环结构及氮元素,排放到自然界中后,通过一系列化学过程很有可能被亚硝基化,形成的亚硝基化合物特别是N一亚硝基化合物,不仅毒性大,还可能具有致突变性和致癌性。所以由于抗生素的筛选和生产、菌种选育等方面的许多技术难点,会出现原料利用率低、提炼效率低、废水中残留抗生素含量高等诸多问题,造成严重的环境污染与不必要的浪费,影响了抗生素生产的社会、经济效益。
目前人们普遍认为抗生素对环境微生物的耐药性的选择和诱导可能是其环境效应的最重要的部分。因此该类药物对水体微生物耐药性的影响无疑会成为人们研究的重点。低水平长时间的药物接触是否会诱导耐药性的产生水体微生物对该类药物的耐药性机制是否与动物体微生物相同耐药质粒在水体中传播的模式以及最终对人类公共健康的影响有多大都是人们感兴趣的问题。在研究该类药物对环境生物的影响方面目前的研究多集中在药物对生物的毒性效应上而药物对环境生态的影响的研究较少。特别是药物对底泥微生物、对水生藻类的种群结构的影响以及它们之间的相互关系等都鲜见报道而这方面的研究对全面评价抗生素的环境安全性来说可能更有意义。此外直接研究药物对鱼体或其他经济鱼类和虾类的慢性毒 性、生殖毒性、免疫毒性等也是很有必要的。
目前人们对抗生素的光降解机理研究仍然较少。一般认为,光化学降解反应机理主要就在于分子吸收光能变成激发态从而引发各种反应。光化学转化过程可分为直接光解和间接光解。直接光解见于那些具有吸收光子基团的药物分子。阿维菌素的光化学降解过程是属于直接光解反应的过程。间接光解机理是指当环境中存在的某些物质吸收光能呈激发状态后再诱发一系列药物参与的反应。前者为激发供体(光敏剂)把激发能量传递给受体分子(抗生素),受体分子即可进行光化学转化。光敏剂作为光能的载体或受体,在自然界中广泛存在,它们可改变药物的光稳定性,加速或延缓光解。抗生素本身的化学结构仍是其能否光解的决定因素。水体上层光照充足,微生物生长速度快,抗生素的各种降解方式都容易发生。
通过硫化铜对盐酸四环素的光解性实验,我们可以初步了解影响盐酸四环素光解的各项因素,为选择出最优的条件奠定了一定的基础。
研究内容和方案:
本课题的主要内容是研究硫化铜光解盐酸四环素的效果及其影响因素。
实验内容如下:
1、本实验共有3类硫化铜,分为第一批、第三批以及第四批,首先对第一批和第三批进行硫化铜的预处理。
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