臭氧降解双氯芬酸钾的动力学研究及中央复合旋转设计优化：机制探索与环境应用

本研究针对水体中难降解药物污染物双氯芬酸钾(DK)，采用中央复合旋转设计(CCRD 22 )优化臭氧(O3 )氧化工艺参数，揭示其遵循二级动力学模型(PSO，R2 =0.952)的降解机制，证实臭氧在30分钟内可实现68.97%的DK降解，并生成具有商业价值的KClO3 副产物，为医药废水处理与资源化提供了绿色解决方案。

　　

随着工业化进程加速，全球水资源污染问题日益严峻，尤其是药物类新兴污染物对生态系统的威胁。双氯芬酸钾(DK)作为常用非甾体抗炎药，在环境中检出浓度低至8 mg L^?1
即可对斑马鱼等生物产生毒性，而传统水处理工艺难以有效去除这类物质。更令人担忧的是，人类长期接触残留DK可能导致肾脏、心脏等多器官损伤。面对这一环境与健康双重挑战，巴西南里奥格兰德联邦大学的研究团队创新性地采用臭氧高级氧化技术，通过系统优化反应参数与机制解析，实现了DK的高效降解与副产物资源化，相关成果发表于《Sustainable Chemistry One World》。

研究团队运用中央复合旋转设计(CCRD)结合动力学建模两大关键技术：首先通过CCRD 2²
实验设计（变量为DK浓度5.9-34.1 mg L^?1
和O₃
流量292.9-1707.1 mg h^?1
）建立降解效率预测模型；其次采用紫外分光光度法监测反应进程，通过一级(FO)和二级(SO)动力学模型拟合降解曲线。所有实验均在25°C、自然pH≈8条件下进行，使用OzonAr?臭氧发生器（最大流量2000 mg h^?1
）实现气体扩散。

实验设计(CCRD)
通过响应面分析建立降解率预测方程：降解(%)=-19.004+3.93DK-0.091DK²
+0.064*O₃
-1.9×10^?5
*O₃
²
-3.68×10^?4
DKO₃
。最优条件为DK浓度10 mg L^?1
与O₃
流量1500 mg h^?1
，此时反应物间存在显著协同效应。

CCRD结果
ANOVA分析显示模型预测值与实测值存在偏差（R²
较低），推测源于反应过程中生成的ClO^-
干扰。但响应面三维图清晰呈现参数交互作用，证实O₃
流量对降解率的影响呈抛物线特征。

动力学研究
二级伪动力学模型(PSO)拟合度最佳（R²
=0.952），速率常数k₂
达0.009 L (mg min)^?1
，表明DK与O₃
分子间存在强相互作用。反应30分钟时降解率达68.97%，同时检测到HClO和KClO₃
副产物的形成。

结论与意义
该研究首次系统论证了臭氧氧化DK的可行性及其二级反应动力学特征。创新点在于：1）揭示碱性条件下O₃
通过•OH间接氧化主导的降解路径；2）证实副产物KClO₃
可作为工业原料实现废物增值；3）提出无需调节pH的自然水体处理方案。从环境保护角度，臭氧半衰期短（<1小时）、最终分解为O₂
的特性，使其成为符合循环经济理念的绿色技术。de Oliveira Jivago Schumacher等学者特别指出，该方法可推广至其他药物污染物的治理，为应对全球水资源危机提供了低成本、易操作的解决方案。