不同生物炭對水中磺胺類抗生素的吸附及機(jī)理研究.pdf

1、磺胺類抗生素是人工合成的一類廣譜性抗菌劑，常用于醫(yī)藥、畜牧和水產(chǎn)養(yǎng)殖中，廣泛存在于各種環(huán)境介質(zhì)中。環(huán)境中殘留的磺胺類抗生素經(jīng)過長期累積及生物鏈傳遞，除對生態(tài)環(huán)境造成不良影響外，還會導(dǎo)致耐藥性細(xì)菌產(chǎn)生，甚至危害人體健康。生物炭是一種原材料來源非常廣泛的新型環(huán)境功能材料，具有豐富的微孔隙結(jié)構(gòu)和較大的比表面積，可用作高性能的吸附劑，對有機(jī)污染物有很強(qiáng)的吸附能力。
　　本論文選用花生殼、皇竹草和玉米秸稈三種農(nóng)業(yè)廢棄物制備成生物炭，分別以水

2、體中磺胺嘧啶和磺胺氯噠嗪作為研究對象，研究不同生物質(zhì)原料和影響因素下磺胺類抗生素的吸附特性，并通過吸附熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)表征和元素分析等探討其吸附機(jī)理，為生物炭處理抗生素廢水提供理論依據(jù)。主要研究結(jié)果如下：
　?。?）不同原材料制備的生物炭炭化產(chǎn)率不同，不同生物炭對磺胺類抗生素的吸附特征也不同，其炭化產(chǎn)率和吸附效果均表現(xiàn)為玉米稈炭＞皇竹草炭＞花生殼炭。相同生物炭對不同磺胺類抗生素的吸附也表現(xiàn)出不同的特征，具體表現(xiàn)為在相同的條件下

3、，磺胺氯噠嗪的吸附去除效果均優(yōu)于磺胺嘧啶。
　?。?）三種生物炭對磺胺類抗生素的去除效果受生物炭添加量、吸附時(shí)間、磺胺類抗生素的初始濃度和溶液pH值的影響較顯著；而溫度和離子強(qiáng)度對磺胺類抗生素的去除效果的影響均不顯著。綜合考慮各因素對磺胺類抗生素去除效果的影響，去除磺胺嘧啶的最佳條件是：25±1℃，pH不調(diào)節(jié)，以玉米稈炭為吸附劑，添加量為800mg，反應(yīng)體積100mL，吸附4h；去除磺胺氯噠嗪的最佳條件是：25±1℃，pH不調(diào)節(jié)，

4、以玉米稈炭為吸附劑，添加量為500mg，反應(yīng)體積100mL，吸附4h；在最佳條件下，10mg/L的磺胺嘧啶和磺胺氯噠嗪的去除率分別能夠達(dá)到95.64％和98.32%。
　?。?）吸附熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)研究表明，三種生物炭在283K，298K及313K三個(gè)溫度下，對磺胺類抗生素的等溫吸附過程均由Freundlich等溫吸附方程擬合最好，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.948以上，而其吸附動(dòng)力學(xué)均符合擬二級動(dòng)力學(xué)方程，其吸附過程是一個(gè)由化學(xué)吸附主導(dǎo)的過程。

5、
　?。?）掃描電鏡的分析結(jié)果表明：不同的生物炭表面結(jié)構(gòu)有較大差異，花生殼炭表面較光滑，沒有明顯的孔隙結(jié)構(gòu)，而皇竹草炭和玉米稈炭表面的微孔結(jié)構(gòu)和數(shù)量更豐富。XRD圖譜的分析結(jié)果表明：相比于花生殼炭，皇竹草炭和玉米稈炭灰分含量低，活化性能高，其結(jié)構(gòu)是由數(shù)層芳環(huán)層片所疊成的類石墨結(jié)晶的微晶物質(zhì)，這直接使他們比花生殼炭具有更高的吸附性能。元素分析結(jié)果表明：三種生物炭均有較高的C含量、極性、芳香性、還原性和穩(wěn)定性，而生物炭之間O含量、灰分

6、、極性、還原性和穩(wěn)定性的不同差異造成了他們對磺胺類抗生素有不同去除效率。紅外光譜的分析結(jié)果表明：三種生物炭表面均含有羥基、羧基、酯等官能團(tuán)，其羧基和酚羥基中的O-H及羥基、酯、醚中C-O這兩種官能團(tuán)結(jié)構(gòu)的差異可能是造成生物炭之間吸附性能不同的主要原因。Boehm滴定分析量化了各官能團(tuán)的含量，生物炭表面酸性官能團(tuán)含量依次為：玉米稈炭＞皇竹草炭＞花生殼炭，這進(jìn)一步說明了酸性官能團(tuán)含量差異是造成生物炭吸附性能不同的主要原因，因此玉米稈炭對磺胺