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活性炭去除水中的氯霉素
文章作者:韩研网络部 更新时间:2018-3-26 15:50:52

  活性炭去除水中的氯霉素,通过磷酸活化制备的活性炭对水中氯霉素的吸附,研究了活性炭对氯霉素的吸附能力和机制。并且评估在活性炭对氯霉素的主要吸附机制归因于π-π电子供体-受体(EDA)相互作用,疏水相互作用以及氢键相互作用。此外,活性炭在现实的水环境中表现出对氯霉素的高效吸附性能。

  氯霉素,是一种普遍的抗生素通常被用作人类抗生素和兽药,由于其成本低且对许多革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌具有优异的抗菌作用从而被广泛使用。然而,氯霉素有许多危险的副作用。此外,抗生素耐药性是滥用氯霉素的另一种风险,这使得由微生物引起的疾病很难或无法治愈。从抗生素生产线废水排出、水产养殖中非法使用抗生素未经过处理或者处理不当导致水资源污染。氯霉素可以在地表水,地下水,废水甚至饮用水中频繁检测出。因此,开发一种有效且具有成本低廉的处理方式来解决氯霉素水体污染是必要和重要的。到目前为止,只有少数关于从水或废水中去除氯霉素的研究报道,特别是使用多孔碳材料如低成本活性炭。

  生物,化学和物理方法是去除有机污染物的常规方法。由于抗菌性质,氯霉素不能有效地通过生物降解在传统的生物处理除去。活性炭作为一个有前途多孔碳质吸附剂,已经证明用于除去各种抗生素非凡的吸附能力。本研究的目的是评估用磷酸活化的活性炭和通过其他方法制备的活性炭从水溶液中去除氯霉素的可行性。通过N 2吸附/解吸等温线,Boehm滴定,XPS分析,批次吸附实验和解吸实验来研究活性炭的物理化学性质和氯霉素吸附机理。

  解吸实验

  在0.2-mmol / L氯霉素溶液(pH 6.35)下进行吸附实验。然后,在吸附实验后立即进行解吸实验。将样品离心,并将活性炭用蒸馏水洗涤以除去未吸收的氯霉素。然后,将活性炭与50mL不同溶液混合:(a)蒸馏水,(b)0.01M NaCl,(c)1M NaCl,(d)0.1M NaOH和(e)95%乙醇。将这些简单物质在120rpm(室温)下振荡48小时。平衡后,过滤样品并分析氯霉素浓度。所有实验一式三份进行。使用平均值时相对误差低于5%。

  活性炭的理化性质

  吸附剂孔隙率是活性炭吸附容量的重要因素。图1说明了活性炭的N 2吸附/解吸等温线和孔径分布。计算活性炭的结构参数和产量并总结在表2中。活性炭的收益率为40.03%。根据图2,观察到IV型等温线,其在高相对压力下具有宽滞后环。活性炭具有混合的微孔和中孔结构。另外,孔径分布曲线(图1)显示活性炭的孔主要位于介孔(2-20nm)范围内。活性炭的平均孔径为6.37nm。在小号BET为794.8m 2 / g,V tot为1.266cm 3 / g,并且微孔对总孔体积的贡献为12.2%,这反映了活性炭的主要介孔结构。取决于被吸附物分子的几何形状,吸附剂孔隙度可以通过孔隙效应(例如孔隙填充或尺寸排阻)影响抗生素的吸附。分子大小与微孔直径相似的被吸附物将优先吸附在活性炭上,当孔径小于分子第二宽度的大约1.7倍时,尺寸排除效应会发生。中孔的存在可以增加颗粒中吸附分子的扩散速率。

  图1.在氯霉素吸附之前活性炭的分子量 和N 2吸附/解吸等温线(插入)和氯霉素吸附之后的活性炭。孔径分布由密度泛函理论(DFT)方法确定。

  在活性炭上氯霉素的吸附机理

  为了进一步了解活性炭吸附氯霉素的机理,用XPS分析活性炭吸附前后的氯霉素(0.3 mmol / L)。图2中示出了XPS测量光谱,活性炭吸附之前和之后的氯霉素的O 1s和C 1s峰。由C 1s谱确定的表面官能碳原子的计算相对含量也列于图 2c,d中,并且计算的原子比率总结。主要的C 1s峰符合以下组的五条曲线:286.6eV的石墨结构,286.2eV的CO(苯酚,醇或醚基),287eV的C = O(羰基和醚基),O = 288.7eV处的CO(羧基或酯基),并且在290.5eV处π->π*跃迁。

  活性炭在实际水环境中对氯霉素的吸附

  在间歇吸附实验中,活性炭在蒸馏水中具有有效的氯霉素吸附容量。为了评估其在实际水环境中的活性炭利用率,还研究了地下水和处理过的废水中的CAP吸附性能。表1中提供了不同水类型的表征参数和氯霉素去除效率。地下水含有少量有机物质,总硬度高,离子强度高。活性炭在地下水中的去除效率略低于蒸馏水。离子强度对氯霉素吸附在活性炭上的影响不明显。在有机质浓度低的情况下,溶解有机物与氯霉素分子之间的弱竞争导致地下水和蒸馏水中活性炭对氯霉素的吸附能力略有变化。与地下水和蒸馏水相比,处理过的废水极大地抑制了活性炭对氯霉素的去除。这种抑制可能是由于废水中溶解有机物质(如腐殖酸,富里酸,可溶性微生物副产物和人为化合物)的浓度相对较高,从而降低了活性炭通过孔隙吸附对氯霉素的吸附能力。考虑到溶解有机物的复杂组成,腐殖酸等大分子难以扩散到活性炭的孔隙中,堵塞微孔/介孔孔洞,而小于孔径的分子可能与氯霉素竞争吸附位点。但在处理后的废水中,活性炭对氯霉素的吸附容量仍然达到约0.219 mmol / L(70.6 mg / L),表现出良好的吸附性能。结果表明活性炭可以成功地用于在现实的水环境中吸附氯霉素。

  表1. 水种类和去除氯霉素的化学特性。

水的类型 pH值 TOC(毫克/升) 总硬度CaCO 3(mg / L) Q(mmol / g) 去除率(%)
蒸馏水 6.35 0 0 0.278 83.4
地下水 7.78 2.3 320.8 0.273 80.9
处理废水 7.72 18.9 297.5 0.219 65.6

  在这项工作中,我们成功地开发了一种低成本的活性炭,其由水生纤维素材料制备,磷酸活化后用于氯霉素抗生素去除。活性炭有大多介孔结构具有相对大的表面面积。Boehm的滴定证明,酸性官能团在活性炭表面占主导地位,其含量是碱性官能团的两倍。活性炭对氯霉素的去除效率和吸附性能(137.1mg / g)。氯霉素吸附数据拟合了拟二级动力学模型和Freundlich等温线模型。结合范德华相互作用和微孔结构的弱相互作用,阐明了几种氯霉素吸附在活性炭上的机制,包括π-π电子给体 - 受体(EDA)相互作用,疏水相互作用和氢键相互作用。填充效果。在现实的水环境中,活性炭仍表现出高的氯霉素去除效率。活性炭被确定为从水溶液中去除氯霉素的经济且有效的吸附剂。

文章标签:椰壳活性炭,果壳活性炭,煤质活性炭,木质活性炭,蜂窝活性炭,净水活性炭.

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