氧化石墨烯对重金属和抗生素的吸附及运移影响研究

发布时间：2017-10-16 12:01

  本文关键词：氧化石墨烯对重金属和抗生素的吸附及运移影响研究

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【摘要】：近年,随着社会经济高速发展,水体重金属污染对人类造成的危害越来越突出,与此同时关于水环境抗生素检出超标的报道层出不穷,如何去除水环境中的重金属及抗生素污染物已经成为当前的热门研究课题之一。氧化石墨烯作为石墨烯的氧化物,其基面和边缘带有表面含有丰富的活性含氧官能团,并且具有巨大的比表面积以及独特的网状结构,能够为水环境中的多种污染物提供吸附位点,被认为是目前在环境修复领域具有很大应用潜力的工程纳米材料。本文以氧化石墨烯(GO)、重金属离子(Pb2+、Cu2+)、抗生素(左氧氟沙星(LEV)、四环素(TC))为主要实验材料,通过批量吸附实验和室内石英砂柱实验相结合的手段,系统探究水化学条件(离子强度和pH)对重金属(Pb2+、Cu2+)和抗生素(LEV、TC)在GO上吸附作用的影响,以及GO对Pb2+及LEV在饱和多孔介质中的协助运移。批量吸附实验研究结果表明：(1)GO对Pb2+、Cu2+动力学吸附速率很快,反应开始15min基本达到平衡；吸附作用受水化学条件(pH、离子强度)影响显著,在pH 5时吸附效果最佳,且随离子强度增大,Pb2+、Cu2+的吸附量均明显下降,与Na+相比,Ca2+的影响更为显著；吸附等温线结果表明,GO对Pb2+吸附能力强,最大平衡吸附量为142.86 mg/g；其对Cu2+吸附能力相对较弱,最大吸附量为31.25mg/g。(2)抗生素吸附动力学数据表明,LEV在GO上吸附量的94%在15分钟内完成,TC在GO上的吸附量88.54%在24h内完成,48h达到吸附平衡；吸附作用受水化学条件(pH、离子强度)影响显著,溶液pH为5时,吸附能力最佳；随离子强度增大,抗生素吸附量明显降低,且与Na+离子相比,Ca2+离子影响效果更显著；GO可以有效地去除水溶液中的LEV和TC,且其对LEV最大平衡吸附量约为176.01 mg/g,TC最大吸附量为87.71mg/g。(3)石英砂对Pb2+、LEV吸附量较小,吸附量分别为0.092 mg/g、6.28 mg/g。石英砂柱实验结果表明：(1)Pb2+(10 mg/L)在运移过程中几乎全部滞留在砂柱中；(2)悬浮液存在GO(10 mg/L)时,Pb2+的运移能力增强；(3)用GO悬浮液冲洗Pb2+污染后的砂柱,吸附在石英砂上的Pb2+能随GO重新流出砂柱,且Pb2+释放量随GO悬液浓度的增高而增加；(4)Pb2+的存在能降低GO在饱和多孔介质中的运移,无Pb2+存在时,GO在饱和多孔介质中的运移能力较高；(5)LEV(1 mg/L)在运移过程中全部滞留在砂柱中,用GO悬浮液冲洗LEV污染后的砂柱,吸附在石英砂上的LEV能随GO重新流出砂柱,且LEV释放量随GO悬液浓度的增高而增加。本研究表明GO能有效去除水环境中重金属及(Pb2+、Cu2+)及抗生素(LEV、TC),且能促进滞留在饱和多孔介质中Pb2+和LEV的再次释放。研究成果为GO应用于水污染去除提供基本数据,对水环境中重金属及抗生素污染治理有借鉴和指导意义。
【关键词】：氧化石墨烯 重金属 抗生素 吸附作用 多孔介质 运移 释放
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X52
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-23
• 1.1 研究背景10-13
• 1.1.1 水环境重金属污染现状10-11
• 1.1.2 水环境抗生素污染现状11-13
• 1.2 重金属、抗生素污染修复研究现状13-19
• 1.2.1 重金属污染修复研究现状13-16
• 1.2.2 抗生素污染修复研究现状16-19
• 1.3 氧化石墨烯简介19-21
• 1.3.1 氧化石墨烯相关性质19-20
• 1.3.2 氧化石墨烯对金属离子的吸附作用20
• 1.3.3 氧化石墨烯对有机物的吸附作用20-21
• 1.4 研究内容和意义21-23
• 第二章 氧化石墨烯对水环境中重金属离子(Pb~(2+)、Cu~(2+))吸附研究23-38
• 2.1 引言23-24
• 2.2 材料与方法24-28
• 2.2.1 实验材料及溶液配制24-25
• 2.2.2 实验仪器25
• 2.2.3 实验方法25-27
• 2.2.4 分析方法27
• 2.2.5 数据分析27-28
• 2.3 结果与讨论28-37
• 2.3.1 吸附动力学研究28-29
• 2.3.2 水化学条件对GO吸附Pb~(2+)、Cu~(2+)的影响29-34
• 2.3.3 吸附等温线研究34-37
• 2.4 本章小结37-38
• 第三章 氧化石墨烯对水环境中抗生素(LEV、TC)吸附研究38-56
• 3.1 引言38-39
• 3.2 材料与方法39-44
• 3.2.1 实验材料及溶液配制39-41
• 3.2.2 实验仪器41
• 3.2.3 实验方法41-43
• 3.2.4 分析方法43
• 3.2.5 数据分析43-44
• 3.3 结果与讨论44-54
• 3.3.1 吸附动力学研究44-46
• 3.3.2 水化学条件对GO吸附LEV、TC的影响46-51
• 3.3.3 吸附等温线研究51-54
• 3.4 本章小结54-56
• 第四章 氧化石墨烯对Pb~(2+)和LEV在饱和多孔介质中运移影响研究56-68
• 4.1 引言56-57
• 4.2 材料与方法57-59
• 4.2.1 实验材料57
• 4.2.2 实验仪器57-58
• 4.2.3 实验方法58-59
• 4.2.4 分析方法59
• 4.3 结果与讨论59-67
• 4.3.1 GO对Pb~(2+)在饱和砂柱中的协助运移59-64
• 4.3.2 GO对LEV在饱和砂柱中的协助运移64-67
• 4.4 本章小结67-68
• 第五章 研究结论及展望68-70
• 5.1 结论68
• 5.2 研究展望68-70
• 参考文献70-82
• 攻读硕士学位期间的学术活动82-83
• 致谢83-84

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本文编号：1042544