生物质基多孔碳材料的制备及其处理抗生素污水的应用研究

发布时间：2018-11-07 12:49

【摘要】：近年来,药用抗生素的广泛使用引起人们越来越多的关注。抗生素已被证明是一类新型的污染物,具有高生物活性、持久性和累积性等特点,严重危害生态环境和人类健康。保持生物活性的抗生素排放到水环境中对环境及生物产生很多不良影响,如提高细菌耐药性、影响动植物的生长发育等。因此,采用有效的方法去除水环境中抗生素残留是一项具有重要意义的课题。多孔碳材料(Porous carbon materials)是一类特殊的具备多孔结构的碳质材料,由于其比表面积大、性质稳定、机械性能强和特殊的电学性能等优点,被广泛应用于化工、环境、医药和能源等领域。面对能源日趋枯竭和环境污染问题加剧的双重压力,迫切需要人类充分利用可再生资源并将其转化为高附加值材料,应用于环境修复具有重要的实际意义。生物质在自然界中储量丰富,廉价易得,其碳元素含量高是制备多孔碳材料理想的可再生原材料。因此,本论文提出以生物质为前驱体,通过KOH活化法结合模板法制备出三种多孔碳材料,并应用于净化磺胺二甲基嘧啶(SMZ)、四环素(TC)、氯霉素(CAP)三种典型抗生素模拟废水。建立生物质转化为结构与性能可控多孔碳材料的新方法,是实现生物质资源高效利用,解决环境污染问题的重要研究课题。具体研究内容如下:(1)以生物质小分子葡萄糖为碳前驱体,以氧化石墨烯(GO)为结构导向剂,采用低温碳化和KOH活化法制备葡萄糖基多孔碳纳米片(GPCNS)。实验探究了GO用量对GPCNS结构、比表面及吸附量的影响,结果表明添加1%GO时制备的GPCNS(GPCNS-1)对SMZ具有最高的性能,达到820.27 mg g~(-1),高于先前文献报道。实验详细研究了GPCNS-1对SMZ的等温吸附过程、热力学性能和吸附动力学性能。此外,实验还考察了溶液离子强度、pH等因素对GPCNS-1吸附能力的影响,证明GPCNS-1具有一定的环境耐受性。另外,再生实验表明GPCNS-1具有良好的再生性能。(2)以纤维素基复写纸为碳前躯体,采用低温碳化和KOH活化法制备复写纸基多孔碳材料(CPPCMs)。实验过程中探索了活化温度和KOH用量对CPPCMs的结构及对TC的吸附能力的影响,得到的CPPCMs比表面积最高达到3599 m~2 g~(-1),微孔率达到91.78%。然后,实验详细研究了最优性能的CPPCMs对TC的吸附性能,CPPCMs对TC表现出超高的吸附量,高达1437.76 mg g~(-1),远高于目前报道的吸附剂,并且具有良好的动力学性能。(3)以羧甲基纤维素钠为碳前躯体,利用天然矿物埃洛石纳米管为牺牲模板,结合KOH活化法制备了羧甲基纤维素基多级孔碳材料(CMCHPCs)。孔隙特征表明CMCHPCs具有微孔-介孔-大孔多级孔结构,其比表面积为2348 m~2 g~(-1)。以制备的CMCHPCs为吸附剂,用于水环境中CAP的去除。实验研究了离子强度,溶液pH等多种因素对吸附过程的影响,分析了吸附剂的等温吸附过程、吸附动力学以及吸附热力学性能,研究结果表明等温数据符合Langmuir模型,最大吸附量为879.68 mg g~(-1)(318 K);动力学数据符合准二级动力学方程。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X703;TQ424

【参考文献】