磁性生物质活性炭的制备及其对水体中抗生素的吸附研究

发布时间：2020-08-28 15:18

　　 自1940年问世以来,抗生素药物被广泛地应用于人类生活的各个领域。但是抗生素在全球范围内的滥用问题导致大量抗生素或者其代谢物排放到生态环境中,对人类的健康和生态环境造成了严重的威胁。利用磁性生物质活性炭处理污水的方法以其独特的优点而被广泛采用。本研究以沙柳为原料,制备了磁性生物质活性炭(MBC),用以吸附水体中的两种磺胺类抗生素(磺胺嘧啶钠和磺胺二甲嘧啶钠;SAS和SMS)和一种喹诺酮类抗生素(诺氟沙星;NOR)。最后对比分析了MBC对不同吸附质的吸附行为机理。本文以沙柳为原料,氯化锌为活化剂,氯化铁为磁化剂,通过一步热解法制备了磁性生物质活性炭。单因素实验优化后得到了制备MBC的最优条件:沙柳、活化剂和磁化剂的质量比为4:4:1,活化温度700℃,活化时间1 h。对MBC进行SEM、XRD/XPS、FTIR、BET、VSM及pH_(PZC)的表征,结果表明MBC结合了碳材料和铁系磁体的特点,比表面积达到1348 m~2/g,磁饱和强度为3.57emu/g。通过静态吸附实验的方法,考察了吸附时间、溶液pH、离子强度、溶液温度和溶液初始浓度等因素对MBC吸附NOR、SAS和SMS的影响。结果表明,MBC对磺胺类抗生素SAS和SMS的吸附量受溶液的pH值、离子强度的影响很小,而MBC对NOR的吸附量受溶液的pH值、离子强度的影响较大。对吸附动力学和吸附等温线的实验数据分别采用吸附动力学模型和吸附等温线模型进行拟合分析,并根据相关系数和误差判断模型拟合程度。吸附动力学结果表明,Elovich动力学模型能较好的描述MBC对三种抗生素的吸附过程,而且粒子内扩散不是吸附过程的唯一控速步骤。吸附等温线拟合结果表明,三种抗生素吸附过程均符合Freundlich和Koble-Corrigan吸附等温模型。温度为298 K时,通过Langmuir模型计算出MBC对NOR、SAS和SMS的最大单层吸附量分别达到0.653、0.913和0.729 mmol/g。热力学相关参数(吉布斯自由能、熵变和焓变)的计算结果表明,MBC对三种物质的吸附过程均是自发吸热的。综合吸附前后吸附剂的红外图谱以及pH值、离子强度对吸附量的影响,对吸附机理分析的结果如下:MBC与吸附质SAS和SMS之间的吸附作用力主要有疏水作用、氢键和π-π共轭作用,MBC与NOR之间的吸附作用力主要有疏水作用、氢键、静电作用和π-π共轭作用。MBC吸附三种抗生素的饱和吸附量和吸附速率是不同的,通过对比分析发现吸附质的分子体积和相互作用力的差异造成了三种抗生素在MBC微孔体系中不同的吸附行为。
【学位单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ424.1;X52
【部分图文】：

图 3.5 MBC 的扫描电镜图3.3.2 BET 分析图 3.6 是 MBC 的 N2吸附-脱附等温线。从图中可知等温线在低压区吸附量快速增长，随着相对压力升高出现了一个吸附平台。根据国际纯粹化学与应用

图 3.6 MBC 的 N2吸附-脱附等温线(a)及孔径分布图(b)RD/XPS 分析7 为 MBC 的 X 射线衍射图。在衍射角 18.2°和 42.3°附近出现表无定型炭结构中的微晶 (002)晶面和(100)晶面[94]，这表明 M

MBC的XRD图谱

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本文编号：2807748