四环素在粘土矿中的吸附及降解机制研究

发布时间：2020-06-18 04:52

【摘要】：近年来,POPs、PTS、PBTs、EDCs等新的污染物引起了人们的关注。这些污染物以痕量存在于环境介质中,对环境和人体具有毒害和难以清除的特点。抗生素是环境痕量污染物中的一类使用广泛、数量逐年增加,危害逐渐显现的重要痕量污染物。四环素类抗生素是抗生素中使用最为广泛的一类抗生素,影响粮食、蔬菜、水果等产品的几率明显增大,对四环素吸附机理的研究有利于揭示四环素类抗生素在环境中吸附行为的本质,获得从环境中去除抗生素的新技术和新方法。当前对于环境中四环素类抗生素的研究主要集中在各种环境介质中四环素类抗生素的存在、浓度水平及其在土壤中吸附、解吸和迁移方面,对四环素类抗生素的降解及其环境毒理研究系统性不强,对四环素在土壤中的吸附转化机制也缺乏研究。本论文重点针对四环素吸附机制进行研究,通过液相色谱法和分光光度法对四环素在粘土矿中的吸附进行了研究,发现四环素的羟基官能团在吸附中的重要地位,通过红外光谱分析法和热重吸附分析法首次证实了羟基官能团促进吸附的变化规律,并将这一规律运用到磁性污泥碳催化下的四环素降解过程中,进一步从分子变化的角度阐明了四环素吸附的变化规律和羟基官能团的变化过程,主要结论如下:(1)以四环素为主要研究对象,采用实验室模拟的方式研究其在不同环境下结构的变化。发现同一pH下,土霉素、四环素、金霉素的吸附能力依次减弱。NH_4~+能促进脱水四环素的含量增加,K~+对不同结构的变化影响不大。这一发现表明四环素类抗生素在不同环境下吸附能力的变化主要是由于侧链的R基团变化引起的,而且酸性条件下吸附能力普遍强于碱性环境。(2)以蒙脱石和高岭土为主要吸附介质,对四环素类抗生素在粘土矿中的吸附行为及四环素主要官能团在吸附中的变化进行研究。发现侧链的羟基基团通过氢键的方式促进吸附,羟基的数目、位置是影响吸附行为的重要因素。(3)为了进一步阐明羟基基团在四环素类抗生素吸附行为中的作用,以磁性污泥碳为催化介质进行了四环素降解机制研究,发现HO·的形成和数目能加快四环素的降解,酸性条件下HO·形成越多,降解程度越高,与羟基基团在吸附行为中的作用类似。通过四环素官能团变化与吸附降解行为的变化规律研究,本文揭示了以羟基为主的官能团在吸附降解行为中的促进作用,引起羟基基团发生变化的环境改变显著影响吸附的进行,四环素类抗生素的吸附行为也随结构中的羟基数目和位置发生改变。这一结论为四环素类抗生素的去除和降解提供了理论支持。
【学位授予单位】：湖南农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X53
【图文】：

途径,抗生素,兽药,禽畜粪便

1.3.3 四环素类抗生素的吸附研究1.3.3.1 土壤中的迁移及转化如图 1-2 所示，兽用抗生素进入环境中，主要通过以下方式进行迁移[47]。向耕作土壤施入禽畜粪便是兽药抗生素进入土层的主要途径，土壤的本身性质和各含量组分在微生物活动中占据了主要地位，它们的交互作用共同影响了抗生素在土壤中的变化。兽药抗生素长期存在于土壤中时的差异更大，存在时间从几个小时到几个月。一般来说，兽药抗生素的本身性质决定了其在土壤基质中的变化趋势。例如，弱极性的抗生素与土壤的亲和力较强，残留时间较长。其它因素 pH、阳离子交换量（CEC）、有机质等都可能影响兽药抗生素在土壤中的吸附[48-51]。

湖南,粘土矿,污染治理,电中性

土和蒙脱石两种典型的硅铝粘土矿，高岭土的主要成分是高l2O3·2SiO2·2H2O），晶体类型 1:1(Si:Al)，为紧密的多层结构，呈电中性；蒙脱学通式 Al2O3·4SiO2·nH2O（n 通常大于 2），晶体类型 2:1(Si:Al)，通常为较为层结构，呈电负性[68,97]。研究这两种粘土矿吸附抗生素的变化与规律对湖南生素污染治理具有指导意义。

【参考文献】