改性马蔺活性炭的制备及其对抗生素吸附性能的研究

来源 :山东建筑大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ahdx2009
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残存在水体中的抗生素即使微量也会对兽类和人体造成毒害作用,而且会使其产生抗药性,经时间累积会对生态系统造成潜在威胁。水中残留抗生素难分解,存留时间长,目前多种处理技术均存在工艺难调试,系统难稳定,成本高,易造成二次污染等问题,吸附法则呈现出操作简单,可选择处理目标污染物,吸附效率高且不易造成二次污染的环保高效的优势。制备生物活性炭的材料选择居多,但目前使用盐生植物作为原料吸附抗生素的研究较少。马蔺作为一种生长量大,耐旱耐盐碱的盐生植物,茎叶坚韧,纤维含量高,本研究以马蔺作为炭前体,采用磷酸活化法制备马蔺基活性炭(ILAC)。小龙虾作为农业养殖对象年产出率极大,其外壳含大量具特异结构的几丁质,富含氮元素,作为本研究的改性剂,探究马蔺活性炭和小龙虾壳改性活性炭(CS-ILAC)对诺氟沙星的吸附性能。在添加小龙虾壳的基础上,对加入磷酸的活性炭原料进行研磨改性,探究马蔺活性炭和研磨改性后的活性炭(G-CS-ILAC)对头孢氨苄的吸附机理和性能。ILAC、CS-ILAC和G-CS-ILAC的物理化学表征采用比表面积分析仪、FTIR、XPS等方法。结果显示马蔺活性炭是一种无定形炭,微孔和中空的比表面积和为883.9611m~2/g,平均孔径接近3.9 nm,微孔和中孔结构发达,表面官能团以羧基、羟基和内酯基为主,等电点为5.84。应用两种方式改性后,活性炭依旧保持无定形态。添加小龙虾壳后,活性炭的比表面积总和总孔容提高至1068.1098 m~2/g和0.964 cm3/g,活性炭表面的酸性官能团如羟基和含氮官能团明显增多,等电点下降至5.32。采用研磨改性后,活性炭表面性质进一步增强,比表面积提高到1309.4581 m~2/g,活性炭的含氧官能团含量也明显增加,表面酸性增强,等电点下降至3.42。小龙虾壳的添加大大提高了吸附材料对诺氟沙星的吸附能力,最佳改性条件为:小龙虾壳粉质量占总混合质量的3.5%,85%磷酸浸渍10 h,固液质量比1.25:1,活化温度550℃,活化时间1 h。改性后诺氟沙星最大吸附容量由227.37 mg/g提高至373.73mg/g。ILAC和CS-ILAC对诺氟沙星的等温线符合Freundlich等温模型,吸附动力学符合伪二级动力学模型;ILAC和CS-ILAC对诺氟沙星的吸附性能随pH值上升先提高后下降,pH=7.5时吸附性能最好。诺氟沙星的主要吸附形态以两性离子,吸附机理涉及到官能团共价结合和静电吸引。由小龙虾壳引进含氮官能团不仅能与污染物质发生化学吸附,且在活性炭吸附诺氟沙星的过程中起到催化作用。研磨改性增强了活性炭对抗生素的吸附性能,吸附容量可达48.9474 mg/g。ILAC和G-CS-ILAC对头孢氨苄的等温线符合Freundlich等温模型,动力学符合伪二级动力学模型;ILAC和G-CS-ILAC对头孢氨苄的吸附性能随pH的升高先缓慢下降再急剧下降,酸性条件下吸附性能最好。头孢氨苄的被吸附形态主要为阳离子和两性离子,吸附机理有官能团共价结合、静电作用和憎水亲和。研磨改性优化了马蔺活性炭吸附抗生素的性能,主要通过增加了表面含O官能团的含量,提高了活性炭表面酸性,且含N官能团在吸附进程中起到了促进催化作用。
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