不同生物炭对水中磺胺类抗生素的吸附及机理研究

发布时间：2017-06-18 12:16

  本文关键词：不同生物炭对水中磺胺类抗生素的吸附及机理研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：磺胺类抗生素是人工合成的一类广谱性抗菌剂,常用于医药、畜牧和水产养殖中,广泛存在于各种环境介质中。环境中残留的磺胺类抗生素经过长期累积及生物链传递,除对生态环境造成不良影响外,还会导致耐药性细菌产生,甚至危害人体健康。生物炭是一种原材料来源非常广泛的新型环境功能材料,具有丰富的微孔隙结构和较大的比表面积,可用作高性能的吸附剂,对有机污染物有很强的吸附能力。本论文选用花生壳、皇竹草和玉米秸秆三种农业废弃物制备成生物炭,分别以水体中磺胺嘧啶和磺胺氯哒嗪作为研究对象,研究不同生物质原料和影响因素下磺胺类抗生素的吸附特性,并通过吸附热力学及动力学、结构表征和元素分析等探讨其吸附机理,为生物炭处理抗生素废水提供理论依据。主要研究结果如下:(1)不同原材料制备的生物炭炭化产率不同,不同生物炭对磺胺类抗生素的吸附特征也不同,其炭化产率和吸附效果均表现为玉米秆炭皇竹草炭花生壳炭。相同生物炭对不同磺胺类抗生素的吸附也表现出不同的特征,具体表现为在相同的条件下,磺胺氯哒嗪的吸附去除效果均优于磺胺嘧啶。(2)三种生物炭对磺胺类抗生素的去除效果受生物炭添加量、吸附时间、磺胺类抗生素的初始浓度和溶液pH值的影响较显著;而温度和离子强度对磺胺类抗生素的去除效果的影响均不显著。综合考虑各因素对磺胺类抗生素去除效果的影响,去除磺胺嘧啶的最佳条件是:25±1℃,pH不调节,以玉米秆炭为吸附剂,添加量为800mg,反应体积100mL,吸附4h;去除磺胺氯哒嗪的最佳条件是:25±1℃,pH不调节,以玉米秆炭为吸附剂,添加量为500mg,反应体积100mL,吸附4h;在最佳条件下,10mg/L的磺胺嘧啶和磺胺氯哒嗪的去除率分别能够达到95.64%和98.32%。(3)吸附热力学和动力学研究表明,三种生物炭在283K,298K及313K三个温度下,对磺胺类抗生素的等温吸附过程均由Freundlich等温吸附方程拟合最好,相关系数达0.948以上,而其吸附动力学均符合拟二级动力学方程,其吸附过程是一个由化学吸附主导的过程。(4)扫描电镜的分析结果表明:不同的生物炭表面结构有较大差异,花生壳炭表面较光滑,没有明显的孔隙结构,而皇竹草炭和玉米秆炭表面的微孔结构和数量更丰富。XRD图谱的分析结果表明:相比于花生壳炭,皇竹草炭和玉米秆炭灰分含量低,活化性能高,其结构是由数层芳环层片所叠成的类石墨结晶的微晶物质,这直接使他们比花生壳炭具有更高的吸附性能。元素分析结果表明:三种生物炭均有较高的C含量、极性、芳香性、还原性和稳定性,而生物炭之间O含量、灰分、极性、还原性和稳定性的不同差异造成了他们对磺胺类抗生素有不同去除效率。红外光谱的分析结果表明:三种生物炭表面均含有羟基、羧基、酯等官能团,其羧基和酚羟基中的O-H及羟基、酯、醚中C-O这两种官能团结构的差异可能是造成生物炭之间吸附性能不同的主要原因。Boehm滴定分析量化了各官能团的含量,生物炭表面酸性官能团含量依次为:玉米秆炭皇竹草炭花生壳炭,这进一步说明了酸性官能团含量差异是造成生物炭吸附性能不同的主要原因,因此玉米秆炭对磺胺类抗生素的吸附性能最强,皇竹草炭其次,花生壳炭最弱。
【关键词】：生物炭 花生壳 皇竹草 玉米秸秆 磺胺类抗生素 吸附 机理
【学位授予单位】：华南农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703;O647.3
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 1 前言11-32
• 1.1 研究背景11
• 1.2 磺胺类抗生素简介11-12
• 1.2.1 磺胺类抗生素的理化性质12
• 1.2.2 磺胺类抗生素的应用12
• 1.3 磺胺类抗生素在环境中的残留12-16
• 1.4 磺胺类抗生素的环境行为16-19
• 1.4.1 磺胺类抗生素的水解16-17
• 1.4.2 磺胺类抗生素的光解17
• 1.4.3 磺胺类抗生素的生物降解17-19
• 1.5 磺胺类抗生素残留的危害19-22
• 1.5.1 磺胺类抗生素对生态环境的影响19-22
• 1.5.2 磺胺类抗生素对人类健康的影响22
• 1.6 磺胺类抗生素污染水体的控制技术研究22-27
• 1.6.1 生物法23-24
• 1.6.2 化学法24-25
• 1.6.3 物理法25-27
• 1.7 生物炭的性质及应用27-30
• 1.7.1 生物炭的定义27
• 1.7.2 生物炭的性质27-28
• 1.7.3 生物炭的环境价值28-30
• 1.8 本论文选题的意义30
• 1.9 本课题研究的主要内容、技术路线及创新点30-32
• 1.9.1 研究的主要内容30-31
• 1.9.2 研究技术路线31
• 1.9.3 创新点31-32
• 2 材料与方法32-41
• 2.1 试验仪器及试剂32-33
• 2.2 磺胺类抗生素的物理性质33-34
• 2.3 生物炭材料的制备34-35
• 2.4 实验内容与方法35-41
• 2.4.1 储备液的配制35
• 2.4.2 分析方法及标准曲线绘制35-37
• 2.4.3 吸附试验方法37-38
• 2.4.4 吸附热力学研究方法38
• 2.4.5 吸附动力学研究方法38-39
• 2.4.6 生物炭表征方法39-41
• 3 结果与讨论41-62
• 3.1 生物炭材料的炭化产率41
• 3.2 不同影响因素对磺胺类抗生素去除率的影响41-46
• 3.2.1 生物炭添加量对吸附磺胺类抗生素的影响41-42
• 3.2.2 吸附时间对磺胺类抗生素去除率的影响42-43
• 3.2.3 初始浓度对磺胺类抗生素去除率的影响43
• 3.2.4 溶液pH值对磺胺类抗生素去除率的影响43-45
• 3.2.5 温度对磺胺类抗生素去除率的影响45
• 3.2.6 离子强度对磺胺类抗生素去除率的影响45-46
• 3.3 磺胺类抗生素吸附热力学研究46-52
• 3.3.1 磺胺类抗生素吸附等温线和吸附等温方程46-51
• 3.3.2 磺胺类抗生素吸附热力学51-52
• 3.4 磺胺类抗生素吸附动力学研究52-53
• 3.5 生物炭的表征53-62
• 3.5.1 生物炭的微观结构53-55
• 3.5.2 生物炭的XRD表征分析55-57
• 3.5.3 生物炭的元素组成57-59
• 3.5.4 生物炭的傅里叶红外光谱分析59-61
• 3.5.5 Boehm滴定结果61-62
• 4 结论与展望62-64
• 4.1 结论62-63
• 4.2 研究展望63-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-81
• 附录81

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 成功;张阿凤;王旭东;张卫华;杜可清;;运用“碳足迹”的方法评估小麦秸秆及其生物质炭添加对农田生态系统净碳汇的影响[J];农业环境科学学报;2016年03期

2 陈伟;陈晓e，

本文编号：459253