喷雾光化学体系中自发产生H2O2驱动氧氟沙星降解的机制研究

本研究创新性地利用喷雾微液滴自发产生H2O2的特性，构建ATBDI-MS光化学体系，揭示氧氟沙星(OFX)通过羟基自由基(•OH)攻击哌嗪环氮原子的降解机制。通过添加异丙醇(IPA)淬灭实验证实H2O2/UV体系对抗生素降解的有效性，为低成本废水处理提供新思路。

　　

Highlight

氧氟沙星在水溶液喷雾过程中的光化学降解机制研究取得突破性进展。研究发现，当水被雾化成微小液滴（1-20 μm）时，液滴表面强大的内部电场（~10⁹ V/m）会自发产生H₂O₂，其浓度可达10^-3 M。

Chemicals

实验采用Sigma-Aldrich提供的氧氟沙星（纯度99%）作为模型化合物，异丙醇（HPLC级）作为羟基自由基淬灭剂。所有溶液均使用超纯水（电阻率~10 MΩ·cm）配制，确保实验条件的一致性。

Degradation mechanisms

通过ATBDI质谱监测发现，氧氟沙星降解始于哌嗪环上富电子氮原子遭受•OH攻击。添加0.1%异丙醇使伪一级降解速率常数从0.1241 min^-1降至0.0237 min^-1，证实•OH在降解过程中的核心作用。质谱图中m/z 362（单体）和723（二聚体）的特征峰变化直观展示了降解进程。

Conclusions

该研究证实喷雾产生的H₂O₂/UV体系能有效降解氧氟沙星，其伪一级动力学特征和哌嗪环靶向性为设计新型抗生素废水处理系统提供了理论依据。该技术无需额外添加催化剂或氧化剂，在降低成本方面具有显著优势。