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药物类有机污染物可以通过多种途径进入水环境，对生态环境和人类健康造成危害，药物在水体中的广泛存在日益受到关注。因此，研究从水体中有效去除药物类有机污染物的处理方法非常重要。本文采用不同的原材料、不同制备条件和不同活化改性方法，制备出了不同生物炭材料和不同活化改性生物炭材料，采用不同分析技术对生物炭材料的性能进行表征，并将制备的不同生物炭材料应用于水体中药物类有机污染物的处理。通过对不同制备条件下得到的生物炭的物化性质，以及对水体中抗生素去除的研究，优化生物炭材料制备条件，提升其对水体中药物类有机污染物去除能力，并探究不同生物炭材料对水体中药物类有机污染物的去除机理。从而为生物炭材料用于水体中药物类有机污染物的去除提供理论依据。
本研究首先采用稻壳在不同温度下热解制备得到不同生物炭，并将这些生物炭应用于三种抗生素的去除，包括四环素（TC）、强力霉素（DC）和环丙沙星（CF）。研究表明，稻壳生物炭对抗生素的吸附能力与其自身的性质密切相关。随着热解温度的升高，生物炭的比表面积和孔容急剧增加。700℃下制备的生物炭RH700的比表面积（211.76m2/g）比300℃下制备的生物炭RH300（2.02m2/g）高出约100倍。RH700对三种抗生素的吸附量均显著高于RH300。此外，溶液pH、背景电解质和腐殖酸对吸附量也有很大影响。与TC、CF相比，溶液pH对DC吸附能力的影响更为显著。同时，存在二价阳离子时的抗生素吸附量低于存在单价阳离子时的吸附量。此外，腐植酸对RH700吸附TC和DC具有有抑制作用。RH700对三种抗生素的最大吸附量为DC＞TC＞CF。研究表明，RH700去除TC、DC和CF的机理主要为生物炭表面与抗生素之间的静电相互作用、氢键作用和π-π相互作用。
研究发现，在不同热解温度下制备的水稻秸秆生物炭对两种抗生素（强力霉素DC和环丙沙星CF）也具有较强吸附作用。随着热解温度的升高，水稻秸秆生物炭的比表面积和孔体积逐渐增大。对于这两种抗生素，高温生物炭（BC700）比低温生物炭具有更高的吸附能力，这与其较高的比表面积、较大的微孔和中孔体积以及较高的石墨化程度相关。随着溶液pH值的增加，两种抗生素的去除效率先升高后降低。在pH为6-8时，BC700对抗生素表现出更高的吸附能力。单价阳离子（Na+和K+）对抗生素吸附能力的影响比对二价阳离子（Mg2+和Ca2+）的影响小。此外，BC700对DC的吸附能力高于其对CF的吸附能力。BC700对DC和CF吸附量比先前报道的一些吸附剂更高或相当，这表明BC700是去除水体中DC和CF的有效吸附剂。π-π相互作用和氢键作用是BC700对抗生素吸附的主要机理。
为了进一步提高生物炭对药物类有机污染物的去除能力，本研究采用空心莲子草作为原材料，在300℃和450℃下热解得到不同温度的生物炭（BC），并采用H2O2对生物炭进行改性（mBC）。该研究证明，随着热解温度的升高和H2O2的改性，生物炭的孔特性得到明显改善。H2O2改性可能影响生物炭表面的含氧官能团，使mBC上-COO-官能团增多。mBC对二甲双胍（MF）的吸附量（300℃和450℃生物炭分别为258μmolg-1和335.5μmolg-1）高于未改性生物炭的吸附量（300℃生物炭为226μmolg-1，450℃生物炭为248.5μmolg-1）。同时，450℃下制备的未改性生物炭和H2O2改性生物炭对MF的吸附量均高于300℃下制备的生物炭。生物炭对MF的吸附是自发的和吸热的过程。低浓度Cu(Ⅱ)的存在可以增强mBC对MF的吸附。此外，在pH3-7条件下，重金属对MF吸附的影响较显著，而在pH＞7时，重金属对MF吸附的影响较小。
本研究也比较了不同化学改性方法对生物炭吸附水体中雌二醇（E2）的影响。结果表明，与其他改性生物炭以及原始生物炭相比，碱改性生物炭具有较高的孔隙率、BET比表面积和孔隙体积，有利于提高生物炭对E2的吸附能力。红外光谱和XPS分析表明，与原始生物炭相比，改性生物炭具有更多的疏水性和非极性表面基团，这可能增加与E2（疏水性有机化合物）的结合能力。与其它改性生物炭相比，碱改性生物炭的E2去除率较高，最大吸附量为44.93mg/g，这可能是由于碱改性生物炭具有较高比表面积和疏水特性。准二级动力学模型和Temkin模型能很好地拟合E2的吸附过程。碱改性生物对E2的吸附是自发的、吸热的吸附过程。碱改性生物炭对E2的吸附机制主要是π-π相互作用和氢键作用。
本研究首先采用稻壳在不同温度下热解制备得到不同生物炭，并将这些生物炭应用于三种抗生素的去除，包括四环素（TC）、强力霉素（DC）和环丙沙星（CF）。研究表明，稻壳生物炭对抗生素的吸附能力与其自身的性质密切相关。随着热解温度的升高，生物炭的比表面积和孔容急剧增加。700℃下制备的生物炭RH700的比表面积（211.76m2/g）比300℃下制备的生物炭RH300（2.02m2/g）高出约100倍。RH700对三种抗生素的吸附量均显著高于RH300。此外，溶液pH、背景电解质和腐殖酸对吸附量也有很大影响。与TC、CF相比，溶液pH对DC吸附能力的影响更为显著。同时，存在二价阳离子时的抗生素吸附量低于存在单价阳离子时的吸附量。此外，腐植酸对RH700吸附TC和DC具有有抑制作用。RH700对三种抗生素的最大吸附量为DC＞TC＞CF。研究表明，RH700去除TC、DC和CF的机理主要为生物炭表面与抗生素之间的静电相互作用、氢键作用和π-π相互作用。
研究发现，在不同热解温度下制备的水稻秸秆生物炭对两种抗生素（强力霉素DC和环丙沙星CF）也具有较强吸附作用。随着热解温度的升高，水稻秸秆生物炭的比表面积和孔体积逐渐增大。对于这两种抗生素，高温生物炭（BC700）比低温生物炭具有更高的吸附能力，这与其较高的比表面积、较大的微孔和中孔体积以及较高的石墨化程度相关。随着溶液pH值的增加，两种抗生素的去除效率先升高后降低。在pH为6-8时，BC700对抗生素表现出更高的吸附能力。单价阳离子（Na+和K+）对抗生素吸附能力的影响比对二价阳离子（Mg2+和Ca2+）的影响小。此外，BC700对DC的吸附能力高于其对CF的吸附能力。BC700对DC和CF吸附量比先前报道的一些吸附剂更高或相当，这表明BC700是去除水体中DC和CF的有效吸附剂。π-π相互作用和氢键作用是BC700对抗生素吸附的主要机理。
为了进一步提高生物炭对药物类有机污染物的去除能力，本研究采用空心莲子草作为原材料，在300℃和450℃下热解得到不同温度的生物炭（BC），并采用H2O2对生物炭进行改性（mBC）。该研究证明，随着热解温度的升高和H2O2的改性，生物炭的孔特性得到明显改善。H2O2改性可能影响生物炭表面的含氧官能团，使mBC上-COO-官能团增多。mBC对二甲双胍（MF）的吸附量（300℃和450℃生物炭分别为258μmolg-1和335.5μmolg-1）高于未改性生物炭的吸附量（300℃生物炭为226μmolg-1，450℃生物炭为248.5μmolg-1）。同时，450℃下制备的未改性生物炭和H2O2改性生物炭对MF的吸附量均高于300℃下制备的生物炭。生物炭对MF的吸附是自发的和吸热的过程。低浓度Cu(Ⅱ)的存在可以增强mBC对MF的吸附。此外，在pH3-7条件下，重金属对MF吸附的影响较显著，而在pH＞7时，重金属对MF吸附的影响较小。
本研究也比较了不同化学改性方法对生物炭吸附水体中雌二醇（E2）的影响。结果表明，与其他改性生物炭以及原始生物炭相比，碱改性生物炭具有较高的孔隙率、BET比表面积和孔隙体积，有利于提高生物炭对E2的吸附能力。红外光谱和XPS分析表明，与原始生物炭相比，改性生物炭具有更多的疏水性和非极性表面基团，这可能增加与E2（疏水性有机化合物）的结合能力。与其它改性生物炭相比，碱改性生物炭的E2去除率较高，最大吸附量为44.93mg/g，这可能是由于碱改性生物炭具有较高比表面积和疏水特性。准二级动力学模型和Temkin模型能很好地拟合E2的吸附过程。碱改性生物对E2的吸附是自发的、吸热的吸附过程。碱改性生物炭对E2的吸附机制主要是π-π相互作用和氢键作用。