權利要求書： 1.一種高效降解環(huán)丙沙星的催化氧化方法及其產(chǎn)物毒性評估方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1、將Fe(III)?TAML與環(huán)丙沙星混合，攪拌均勻，得混合液；

其中，F(xiàn)e(III)?TAML物質(zhì)的量為1μM，環(huán)丙沙星的物質(zhì)的量為10μM；

步驟2、取上述混合液，加入碳酸緩沖鹽，攪拌均勻，得碳酸混合液；

其中，碳酸緩沖鹽為碳酸鈉和碳酸氫鈉，摩爾比為1∶1，pH＝8；

步驟3、取上述碳酸混合液，加入過氧化氫啟動反應；

其中，過氧化氫濃度為1mM；

步驟4、費氏弧菌培養(yǎng)與保存；

其中，費氏弧菌的培養(yǎng)方法為：取凍干粉溶解于2％w/v的NaCl溶液中，待發(fā)光菌復蘇后，得升菌液；取上述1毫升菌液加入100mL培養(yǎng)液中培養(yǎng)；操作全程無菌操作，且在無菌操作臺中操作；

費氏弧菌的保存方法為：費氏弧菌培養(yǎng)24h后，發(fā)光強度高，得菌液；取上述菌液離心去除上層溶液，得分離菌液；用30％甘油，3％w/vNaCl，pH7.0，20mM磷酸緩沖上述分離菌液，重新溶解分散，得溶解液；將上述溶解液分裝于2mL滅菌離心管中，置?80℃冰箱中存放；

步驟5、使用培養(yǎng)的費氏弧菌測定上述混合液和上述碳酸混合液的毒性：將上述混合液和上述碳酸混合液分別與費氏弧菌菌液混合，震蕩混勻15分鐘，然后采用生物毒性測定儀測定發(fā)光強度；環(huán)丙沙星母體與降解產(chǎn)物的毒性通過測定費氏弧菌的發(fā)光抑制率進行評估。

說明書： 一種高效降解環(huán)丙沙星的催化氧化方法及其產(chǎn)物毒性評估方法

技術領域[0001] 本發(fā)明屬于有機污染物降解領域，更具體地說，涉及一種高效降解環(huán)丙沙星的催化氧化方法及其產(chǎn)物毒性評估方法。背景技術[0002] 在過去的幾十年，抗生素被廣泛應用于畜牧業(yè)來治療傳染病提高生成速率(Chee?Sanford,J.C.；Aminov,R.I.；Krapac,I.J.；Garrigues?Jeanjean,N.；Mackie,R.I.,OccurrenceandDiversityofTetracyclineResistanceGenesinLagoonsandGroundwaterUnderlyingTwoSwineProductionFacilities.AppliedandEnvironmentalMicrobiology2001,67,(4),1494?1502；Akyol, Aydin,S.；Ince,O.；Ince,B.,Acomprehensivemicrobialinsightintosingle?stageandtwo?stageanaerobicdigestionofoxytetracycline?medicatedcattlemanure.ChemicalEngineeringJournal2016,303,675?684；Akyol, Ince,O.；Cetecioglu,Z.；Alkan,F.U.；Ince,B.,Thefateofoxytetracyclineintwo?phaseandsingle?phaseanaerobic cattle manuredigestersand its effects onmicrobialcommunities.JournalofChemicalTechnology&Biotechnology2016,91,(3),806?814；

Gu,C.；Karthikeyan,K.G.,InteractionofTetracyclinewithAluminumandIronHydrousOxides.EnvironmentalScience&Technology2005,39,(8),2660?2667.)。而且攝入的抗生素只有少量能夠被吸收和代謝，從而造成25?75％的抗生素以尿液和排泄物的形式排除體外進入環(huán)境(Chee?Sanford,J.C.；Aminov,R.I.；Krapac,I.J.；Garrigues?Jeanjean,N.；Mackie,R.I.,OccurrenceandDiversityofTetracyclineResistanceGenesinLagoonsand GroundwaterUnderlyingTwoSwineProductionFacilities.AppliedandEnvironmentalMicrobiology2001,67,(4),1494?1502；

Elmund,G.K.；Morrison,S.M.；Grant,D.W.；Nevins,M.P.,Roleofexcretedchlortetracyclineinmodifyingthedecompositionprocessinfeedlotwaste.Bull.Environ.Contam.Toxicol.1971,6,(2),129?132；Gu,C.；Karthikeyan,K.G.,Sorptionofthe AntimicrobialCiprofloxacin toAluminumandIronHydrousOxides.EnvironmentalScience&Technology2005,39,(23),9166?9173.)。由于抗生素的廣泛使用以及污水處理廠處理效果不力，這些藥物不能夠從污水中有效去除，從而其在土壤、底泥和水體中的廣泛存在(Kinney,C.A.；Furlong,E.T.；Zaugg,S.D.；Burkhardt,M.R.；

Werner,S.L.；Cahill,J.D.；Jorgensen,G.R.,SurveyofOrganicWastewaterContaminantsinBiosolidsDestinedforLandApplication.EnvironmentalScience&Technology2006,40,(23),7207?7215；Kim,S.?C.；Carlson,K.,Occurrenceofionophoreantibioticsinwaterand sedimentsofamixed?landscapewatershed.WaterResearch2006,40,(13),2549?2560；Khetan,S.K.；Collins,T.J.,HumanPharmaceuticalsintheAquaticEnvironment:AChallengetoGreenChemistry.ChemicalReviews2007,107,(6),2319?2364；Sim,W.?J.；Lee,J.?W.；Lee,E.?S.；Shin,S.?K.；Hwang,S.?R.；Oh,J.?E.,Occurrenceanddistributionofpharmaceuticalsinwastewaterfromhouseholds,livestockfarms,hospitalsandpharmaceuticalmanufactures.Chemosphere2011,82,(2),179?186；Watkinson,A.J.；

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295?302；Lindsey,M.E.；Meyer,M.；Thurman,E.M.,AnalysisofTraceLevelsofSulfonamideandTetracyclineAntimicrobialsinGroundwaterandSurfaceWaterUsing Solid?Phase Extraction and Liquid Chromatography/MassSpectrometry.AnalyticalChemistry2001,73,(19),4640?4646.)?？股匾约捌錃報w的環(huán)境暴露有可能會篩選出一批耐藥菌群(Boxall,A.B.A.；Rudd,M.A.；Brooks,B.W.；

Caldwell,D.J.；Choi,K.；Hickmann,S.；Innes,E.；Ostapyk,K.；Staveley,J.P.；

erslycke,T.；Ankley,G.T.；Beazley,K.F.；Belanger,S.E.；Berninger,J.P.；

Carriquiriborde,P.；Coors,A.；DeLeo,P.C.；Dyer,S.D.；Ericson,J.F.；Gagné,F.；Giesy,J.P.；Gouin,T.；Hallstrom,L.；Karlsson,M..；Larsson,D.G.J.；Lazorchak,J.M.；

Mastrocco,F.；McLaughlin,A.；McMaster,M.E.；Meyerhoff,R.D.；Moore,R.；Parrott,J.L.；Snape,J.R.；Murray?Smith,R.；Servos,M.R.；Sibley,P.K.；Straub,J.O.；Szabo,N.D.；Topp,E.；Tetreault,G.R.；Trudeau,.L.；anDerKraak,G.,PharmaceuticalsandPersonalCareProductsintheEnvironment:WhatAretheBigQuestions？EnvironmentalHealthPerspectives2012,120,(9),1221?1229；Bondarczuk,K.；

Markowicz,A.；Piotrowska?Seget,Z.,Theurgentneedforriskassessmentontheantibioticresistancespreadviasewagesludgelandapplication.EnvironmentInternational2016,87,49?55.)，而這些耐藥菌群中的能夠耐受多種抗生素的超級細菌最受關注(Pearson,H.；hurdleskeydrugbarrier.Nature2002,418,469；Ndieyira,J.W.；Watari,M.；Barrera,A.D.；Zhou,D.； M.；Batchelor,M.；Cooper,M.A.；

Strunz,T.；Horton,M.A.；Abell,C.；Rayment,T.；Aeppli,G.；McKendry,R.A.,Nanomechanicaldetectionofantibiotic–mucopeptidebindinginamodelforsuperbugdrugresistance.NatureNanotechnology2008,3,691.)。一旦這些耐藥微生物進入人和動物體內(nèi)，將不可避免的引起巨大威脅。

[0003] 作為最廣泛使用的抗生素之一，環(huán)丙沙星已被報道可以引起自然水體中耐藥菌群的產(chǎn)生(Khetan,S.K.；Collins,T.J.,HumanPharmaceuticalsintheAquaticEnvironment:AChallengetoGreenChemistry.ChemicalReviews2007,107,(6),2319?2364；Serna?Galvis,E.A.；Ferraro,F.；Silva?Agredo,J.；Torres?Palma,R.A.,Degradation of highly consumedfluoroquinolones,penicillins andcephalosporinsindistilledwaterandsimulatedhospitalwastewaterbyU254andU254/persulfateprocesses.WaterResearch2017,122,128?138.)。目前，各種各樣的處理手段已被研發(fā)去除天然水體和廢水中的環(huán)丙沙星。常用的氯化消毒工藝能夠有效去除環(huán)丙沙星，但是處理過程中會伴隨著氯代消毒副產(chǎn)物的生成，同樣會造成環(huán)境污染(ElNajjar,N.H.；Deborde,M.；Journel,R.；elLeitner,N.K.,Aqueouschlorinationoflevofloxacin:Kineticandmechanisticstudy,transformation productidentificationandtoxicity.WaterResearch2013,47,(1),121?129；Wang,P.；He,Y.?L.；Huang,C.?H.,Oxidationoffluoroquinoloneantibioticsandstructurallyrelatedaminesbychlorinedioxide:reactionkinetics,productandpathwayevaluation.waterresearch2010,44,(20),5989?5998.)。紫外/過硫酸鹽體系也被用于降解環(huán)丙沙星，但是能耗較高。此外，高鐵酸鹽體系也被用于降解環(huán)丙沙星，但是降解效率強烈依賴于高鐵酸鹽與環(huán)丙沙星的投加比，從而造成高鐵酸鹽的利用率低，并且會造成鐵氧化物泥漿的生成(Feng,M.；Wang,X.；Chen,J.；Qu,R.；Sui,Y.；Cizmas,L.；Wang,Z.；

Sharma,.K.,Degradationoffluoroquinoloneantibioticsbyferrate(I):Effectsofwaterconstituentsandoxidizedproducts.WaterResearch2016,103,48?57.)。

因此，亟需研發(fā)一種高效綠色降解環(huán)丙沙星的方法。

[0004] 四酰胺基六甲基苯基環(huán)鐵(Fe(III)?TAML)作為綠色催化劑(K.Mierzwicki,S.Berski,etal.,AIMandELFanalysisoftheH?,Me?,andF?substitutedFeIII–TAMLcomplexes,ChemicalPhysicsLetters507(2011)29?36)被廣泛用于降解鹵代酚類物質(zhì)(S.S.Gupta,M.Stadler,etal.,RapidTotalDestructionofChlorophenolsbyActivatedHydrogenPeroxide,Science296(2002)326?328；C.Wang,J.Gao,etal.,RapidDestructionofTetrabromobisphenolAbyIron(III)?TetraamidomacrocyclicLigand/LayeredDoubleHydroxideComposite/H2O2System,EnvironmentalScience&Technology51(2017)488?496)，有機磷農(nóng)藥(A.Chanda,S.K.Khetan,etal.,TotalDegradationofFenitrothionandOtherOrganophosphorusPesticidesbyCatalyticOxidationEmployingFe?TAMLPeroxideActivators,JournaloftheAmericanChemicalSociety128(2006)12058?12059)，偶氮染料(N.Chahbane,D.L.Popescu,etal.,FeIII?TAML?catalyzedgreenoxidativedegradationoftheazodyeOrangeIIbyH2O2andorganicperoxides:products,toxicity,kinetics,andmechanisms,GreenChemistry9(2007)49?57)，天然和合成的雌激素(N.W.Shappell,M.A.rabel,etal.,DestructionofEstrogensUsingFe?TAML/PeroxideCatalysis,EnvironmentalScience&Technology42(2008)1296?1300)，藥物成分舍曲林(L.Q.Shen,E.S.Beach,etal.,Rapid,BiomimeticDegradationinWaterofthePersistentDrugSertralinebyTAMLCatalystsandHydrogenPeroxide,EnvironmentalScience&Technology45(2011)7882?7887)，以及炸藥三硝基甲苯(S.Kundu,A.Chanda,etal.,TAMLActivator/Peroxide?CatalyzedFacileOxidativeDegradationofthePersistentExplosivesTrinitrotolueneandTrinitrobenzeneinMicellarSolutions,EnvironmentalScience&Technology47(2013)5319?5326)。Fe(III)?TAML的實際應用濃度很低(0.01到10μM)(J.Wang,H.Sun,etal.,Electrochemicalcatalysisandstabilityoftetraamidomacrocyclicligandsironimmobilizedonmodifiedpyrolyticgraphiteelectrode,CatalysisToday158(2010)263?268)，而且目前還沒有有關Fe(III)?TAML的毒性報道。因此，F(xiàn)e(III)?TAML可以作為降解環(huán)丙沙星的綠色替代方法。發(fā)明內(nèi)容[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種高效降解環(huán)丙沙星的催化氧化方法及其產(chǎn)物毒性評估方法，以解決上述背景技術中提出的現(xiàn)有降解環(huán)丙沙星的方法存在效率低，能耗高，產(chǎn)生氯代副產(chǎn)物和鐵氧化物泥漿，容易形成二次污染的問題。[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：一種高效降解環(huán)丙沙星的催化氧化方法及其產(chǎn)物毒性評估方法，包括以下步驟：[0007] 步驟1、將Fe(III)?TAML與環(huán)丙沙星混合，攪拌均勻，得混合液；[0008] 步驟2、取上述混合液，加入碳酸緩沖鹽，加入的碳酸緩沖鹽為碳酸鈉和碳酸氫鈉，摩爾比為1:1，pH＝10，攪拌均勻，得碳酸混合液；[0009] 步驟3、取上述碳酸混合液，加入過氧化氫啟動反應；[0010] 步驟4、費氏弧菌培養(yǎng)與保存，費氏弧菌的培養(yǎng)方法為：取凍干粉溶解于2％w/v的NaCl溶液中，待發(fā)光菌復蘇后，得升菌液，取上述1毫升菌液加入100mL培養(yǎng)液中培養(yǎng)；費氏弧菌的保存方法為：費氏弧菌培養(yǎng)24h后，發(fā)光強度高，得菌液；取上述菌液離心去除上層溶液，得分離菌液；用30％甘油，3％w/vNaCl，pH7.0，20mM磷酸緩沖上述分離菌液，重新溶解分散，得溶解液；將上述溶解液分裝于2mL滅菌離心管中，置?80℃冰箱中存放；[0011] 步驟5、使用培養(yǎng)的費氏弧菌測定上述混合液和上述碳酸混合液的毒性；[0012] 優(yōu)選的，F(xiàn)e(III)?TAML物質(zhì)的量為1μM，環(huán)丙沙星的物質(zhì)的量為10μM。[0013] 優(yōu)選的，過氧化氫濃度為1mM。[0014] 優(yōu)選的，費氏弧菌測定上述混合液和上述碳酸混合液的毒性的方法為：將上述混合液和上述碳酸混合液分別與費氏弧菌菌液混合，震蕩混勻15分鐘，然后采用生物毒性測定儀測定發(fā)光強度。[0015] 費氏弧菌的培養(yǎng)需要注意操作全程無菌操作，且在無菌操作臺中操作。[0016] 優(yōu)選的，環(huán)丙沙星母體與降解產(chǎn)物的毒性通過測定費氏弧菌的發(fā)光抑制率進行評估。[0017] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：[0018] 1.該高效降解環(huán)丙沙星的催化氧化方法及其產(chǎn)物毒性評估方法采用Fe(III)?TAML/H2O2體系降解環(huán)丙沙星并使用實驗室培養(yǎng)的費氏弧菌評估環(huán)丙沙星降解產(chǎn)物的毒性。Fe(III)?TAML/H2O2體系降解環(huán)丙沙星相比于其他的方法具有操作簡單，效率高，環(huán)境友好：不需要專門的設備如U燈，復雜的反應裝置或者昂貴的光催化劑；環(huán)丙沙星的去除可以在一小時內(nèi)完成；費氏弧菌的發(fā)光抑制率結果表明，F(xiàn)e(III)?TAML/H2O2體系降解環(huán)丙沙星的產(chǎn)物無毒。因此，本研究主要目的是采用Fe(III)?TAML/H2O2體系降解環(huán)丙沙星，闡明降解路徑，評估Fe(III)?TAML/H2O2體系降解環(huán)丙沙星的產(chǎn)物毒性。[0019] 2.該高效降解環(huán)丙沙星的催化氧化方法及其產(chǎn)物毒性評估方法利用四酰胺基六甲基苯基環(huán)鐵有效降解了一種被廣泛使用的抗生素。[0020] 3.該高效降解環(huán)丙沙星的催化氧化方法及其產(chǎn)物毒性評估方法四酰胺基六甲基環(huán)鐵用量很低，一般為0.1到10μmol/L，而且過氧化氫也是綠色氧化劑，所以不會產(chǎn)生二次污染的環(huán)境問題。[0021] 4.該高效降解環(huán)丙沙星的催化氧化方法及其產(chǎn)物毒性評估方法四酰胺基六甲基環(huán)鐵/過氧化氫體系在pH(8?10)條件下對環(huán)丙沙星始終具備較高的降解效率。[0022] 5.該高效降解環(huán)丙沙星的催化氧化方法及其產(chǎn)物毒性評估方法除了有效降解抗生素母體外，同時也去除了產(chǎn)物毒性。附圖說明[0023] 圖1為本發(fā)明提出的一種高效降解環(huán)丙沙星的催化氧化方法及其產(chǎn)物毒性評估方法步驟流程結構示意圖；[0024] 圖2為本發(fā)明中Fe(III)?TAML對環(huán)丙沙星的降解路徑示意圖；[0025] 圖3為本發(fā)明中環(huán)丙沙星在pH8(a)和10(b)條件下降解動力學曲線；[0026] 圖4為Fe(III)?TAML降解環(huán)丙沙星前后的毒性評估結果。[0027] 注：Fe(III)?TAML為四酰胺基六甲基苯基環(huán)鐵(CAS號為895567?73?4)。具體實施方式[0028] 下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。[0029] 實施例1[0030] 用0.5M的碳酸鈉和碳酸氫鈉溶液、高氯酸和氫氧化鈉溶液分別調(diào)節(jié)含有10μM的環(huán)丙沙星反應液pH至8和10，然后分別加入Fe(III)?TAML溶液，其中Fe(III)?TAML的用量為1μM。加入1mM的H2O2開始降解環(huán)丙沙星的動力學反應。反應5分鐘后，加入1mM的濃HClO4和2mM的甲醇終止反應，然后用高效液相色譜(HPLC)進行反應物與生成物分析，使用外標曲線法進行分析，采集不同濃度的標樣的色譜圖積分，按外標法定量計算，建立標準曲線。其中，加入濃HClO4的目的是將pH調(diào)節(jié)至3以下，使得Fe(III)?TAML失去活性；加入甲醇的目的包括萃取環(huán)丙沙星及其產(chǎn)物以及淬滅在酸性條件下Fe(III)?TAML脫金屬作用釋放的Fe3+與H2O2發(fā)生的類芬頓反應所產(chǎn)生的羥基自由基。動力學反應以準一級反應描述，模型為Ct/C0＝exp(?kobst)，該為反應化學反應速率與參與反應或與反應有關的物質(zhì)的條件(濃度)的關系的動力學方程，具體曲線見圖2，擬合得到的kobs見表1。[0031] 表1不同pH條件下擬合得到的kobs值[0032][0033] 實施例2[0034] 一種提高四酰胺基六甲基苯基環(huán)鐵降解四溴雙酚A效率和重復利用率的方法，其步驟為：[0035] (1)用0.5M的碳酸鈉和碳酸氫鈉溶液、高氯酸和氫氧化鈉溶液分別調(diào)節(jié)含有10μM的環(huán)丙沙星反應液pH至8和10，然后分別加入Fe(III)?TAML溶液，其中Fe(III)?TAML的用量為1μM。加入1mM的H2O2開始降解環(huán)丙沙星的動力學反應。反應5分鐘后，加入1mM的濃HClO4和2mM的甲醇終止反應，然后用高效液相色譜(HPLC)進行反應物與生成物分析，使用外標曲線法進行分析，采集不同濃度的標樣的色譜圖積分，按外標法定量計算，建立標準曲線。其中，加入濃HClO4的目的是將pH調(diào)節(jié)至3以下，使得Fe(III)?TAML失去活性；加入甲醇的目的包括萃取環(huán)丙沙星及其產(chǎn)物以及淬滅在酸性條件下Fe(III)?TAML脫金屬作用釋放的Fe3+與H2O2發(fā)生的類芬頓反應所產(chǎn)生的羥基自由基。動力學反應以準一級反應描述，模型為Ct/C0＝exp(?kobst)，該為反應化學反應速率與參與反應或與反應有關的物質(zhì)的條件(濃度)的關系的動力學方程，具體曲線見圖2，擬合得到的kobs見表1。[0036] (2)采用實驗室培養(yǎng)的費氏弧菌評估環(huán)丙沙星降解前后的毒性。其步驟為：取凍干粉溶解于2％w/v的NaCl溶液中，待發(fā)光菌復蘇后，取1毫升菌液于100mL培養(yǎng)液中培養(yǎng)。培養(yǎng)液成份為：1％w/v蛋白胨，3％w/vNaCl，0.1％w/v甘油，0.3％w/v酵母膏于pH7.0，20℃培養(yǎng)24h。操作全程無菌操作，且在無菌操作臺中操作。培養(yǎng)24h后，發(fā)光菌發(fā)光強度高，將培養(yǎng)后的菌液離心去除上層溶液后，用30％甘油，3％w/vNaCl，pH7.0，20mM磷酸緩沖溶液重新溶解分散后，分裝于2mL滅菌離心管中，于?80℃冰箱中存放。

[0037] (3)用培養(yǎng)好費氏弧菌與環(huán)丙沙星降解前后的樣品進行混合暴露15min，然后用生物毒性測定儀測定環(huán)丙沙星降解前后的樣品對費氏弧菌的抑制率，得到毒性評估結果，如圖3所示。與環(huán)丙沙星反應前的毒性比較，反應后的產(chǎn)物毒性顯著降低，費氏弧菌的發(fā)光抑制率從94.4％降至6.7％。[0038] 對于本領域技術人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。