论文部分内容阅读
随着医药行业的快速发展，广泛用于治疗人类和动物细菌感染的环丙沙星（CIP）抗生素，因过量使用而导致的生态环境危害日益严重。水环境中残留的CIP含量不断增加，是地表水体中检出率较高的抗生素之一，是目前公认的新兴污染物。水中痕量CIP及其残留物具有生物毒性，并且可能衍生抗生素抗性细菌，最终导致药物效能减弱和人类健康风险明显增加。因此，从水体中去除CIP显得尤为重要。
但在CIP废水的实际处理过程中，存在着成本高、效率低和二次污染等问题，限制了CIP废水的处理的工程应用。吸附由于其稳定性好、操作简便、成本低、无二次污染、高效而被广泛用于CIP废水的处理，但仍需开发性能稳定、优异且具有工程应用性的吸附剂材料。为解决这一问题，论文制备了一种高效的宽pH适应性的CIP吸附剂。通过研磨固体氧化锌纳米颗粒（ZnONPs）、氢氧化钴（Co(OH)2）、2-甲基咪唑（HmIm）混合物，一步碳化合成Zn/Co双金属磁性氮掺杂纳米多孔碳（MNPCs），用作CIP的高效吸附剂。研究了碳化温度、锌钴配比对吸附剂的物化结构及吸附性能影响，通过一系列表征手段对MNPCs吸附剂进行了表征，优化了碳化温度和锌钴配比，确定了最优吸附剂MNPC-700-0.4。进而研究了水环境因素对MNPC-700-0.4吸附剂吸附性能的影响、吸附剂的选择性和可再生性。通过吸附动力学实验、吸附等温线实验等分析了MNPC-700-0.4吸附CIP的吸附机理。开展动态吸附柱实验探究了MNPC-700-0.4吸附剂的工程应用效果，为CIP废水的高效吸附处理技术提供理论支撑和工程应用依据。论文主要结论如下：
①通过组分、碳化程度、磁性强度、比表面积和形貌表征等证明碳化ZnONPs、Co(OH)2和2-甲基咪唑固体的研磨混合物成功地合成了双金属磁性氮掺杂纳米多孔碳吸附剂，并进一步了解了该吸附剂的物化特性。ZnO NPs、Co(OH)2和HmIm固体原料混合研磨15min后，在氮气氛围下进行高温碳化，合成了锌钴双金属氮掺杂磁性多孔碳吸附剂材料。且碳化温度越高，石墨化程度越高。不同锌钴配比的MNPCs，随着原料Co/(Zn+Co)的摩尔比增加，MNPCs的磁性强度越强。所有的MNPCs都存在着大量的介孔结构，但锌钴共掺杂的吸附剂材料的孔道结构更发达。其中，MNPC-700-0.4的比表面积和孔体积最大，吡咯氮与吡啶氮之和的占比最大，有利于吸附水中的CIP。
②MNPC-700-0.4对CIP的吸附具有较高的吸附容量、较快的的吸附速率和良好的化学稳定性，能较好的适应各种环境水体，并且对CIP的吸附具有选择性和重复利用性。MNPC-700-0.4相对于其他碳化温度和锌钴配比的MNPCs吸附剂对水中CIP的吸附容量更大。吸附剂量越低，暴露的吸附位点越充分，吸附容量越大。MNPC-700-0.4在溶液pH=4到10之间的吸附容量稳定，且具有pH缓冲作用。水溶液中离子强度增加，MNPC-700-0.4吸附CIP的吸附容量下降，且带高电荷量的阳离子对吸附容量影响更为显著。水体中的天然有机物腐殖酸含量的增加对吸附容量影响不大。溶液中初始CIP浓度越大，越有利于吸附，且MNPC-700-0.4对CIP的吸附行为符合Langmuir模型，CIP的最大吸附容量为1563.7mg/g（25℃），相对于其他CIP吸附剂而言具有更大的吸附容量。MNPC-700-0.4吸附水中CIP是一个自发的放热过程。MNPC-700-0.4对水中CIP的吸附在1.5h内即可达到吸附平衡，且吸附过程符合准二级动力学模型。MNPC-700-0.4对水中CIP的吸附处理具有选择性，且可再生循环利用3次。吸附过程受MNPC-700-0.4吸附剂本身结构和物理化学作用等的共同影响。
③MNPC-700-0.4动态吸附CIP具有较高的产水量，动态吸附效能受进水流量和CIP初始浓度共同影响。动态吸附柱吸附水中CIP的穿透点产水量为210BV，饱和产水量为570BV。进水流速越低达到穿透的时间越长，到达穿透点的处理水量越高。进水CIP初始浓度越大，MNPC-700-0.4吸附传质驱动力越大，吸附柱到达穿透点的时间明显缩短。通过Yoon-Nelson模型能很好地拟合动态吸附过程，且流速越大、初始CIP浓度越大，吸附速率越快，吸附质穿透吸附柱越快。MNPC-700-0.4填充的吸附柱在工程实际吸附水中CIP方面具有广阔的应用前景。
MNPC-700-0.4对水中CIP的吸附具有高效的吸附性能和水环境适应性，对水体pH具有缓冲能力，并能循环利用。其在实际处理CIP污染中具有工程应用的潜力，并为规模化绿色高效地处理水中CIP提供了理论依据和应用数据支撑。
但在CIP废水的实际处理过程中，存在着成本高、效率低和二次污染等问题，限制了CIP废水的处理的工程应用。吸附由于其稳定性好、操作简便、成本低、无二次污染、高效而被广泛用于CIP废水的处理，但仍需开发性能稳定、优异且具有工程应用性的吸附剂材料。为解决这一问题，论文制备了一种高效的宽pH适应性的CIP吸附剂。通过研磨固体氧化锌纳米颗粒（ZnONPs）、氢氧化钴（Co(OH)2）、2-甲基咪唑（HmIm）混合物，一步碳化合成Zn/Co双金属磁性氮掺杂纳米多孔碳（MNPCs），用作CIP的高效吸附剂。研究了碳化温度、锌钴配比对吸附剂的物化结构及吸附性能影响，通过一系列表征手段对MNPCs吸附剂进行了表征，优化了碳化温度和锌钴配比，确定了最优吸附剂MNPC-700-0.4。进而研究了水环境因素对MNPC-700-0.4吸附剂吸附性能的影响、吸附剂的选择性和可再生性。通过吸附动力学实验、吸附等温线实验等分析了MNPC-700-0.4吸附CIP的吸附机理。开展动态吸附柱实验探究了MNPC-700-0.4吸附剂的工程应用效果，为CIP废水的高效吸附处理技术提供理论支撑和工程应用依据。论文主要结论如下：
①通过组分、碳化程度、磁性强度、比表面积和形貌表征等证明碳化ZnONPs、Co(OH)2和2-甲基咪唑固体的研磨混合物成功地合成了双金属磁性氮掺杂纳米多孔碳吸附剂，并进一步了解了该吸附剂的物化特性。ZnO NPs、Co(OH)2和HmIm固体原料混合研磨15min后，在氮气氛围下进行高温碳化，合成了锌钴双金属氮掺杂磁性多孔碳吸附剂材料。且碳化温度越高，石墨化程度越高。不同锌钴配比的MNPCs，随着原料Co/(Zn+Co)的摩尔比增加，MNPCs的磁性强度越强。所有的MNPCs都存在着大量的介孔结构，但锌钴共掺杂的吸附剂材料的孔道结构更发达。其中，MNPC-700-0.4的比表面积和孔体积最大，吡咯氮与吡啶氮之和的占比最大，有利于吸附水中的CIP。
②MNPC-700-0.4对CIP的吸附具有较高的吸附容量、较快的的吸附速率和良好的化学稳定性，能较好的适应各种环境水体，并且对CIP的吸附具有选择性和重复利用性。MNPC-700-0.4相对于其他碳化温度和锌钴配比的MNPCs吸附剂对水中CIP的吸附容量更大。吸附剂量越低，暴露的吸附位点越充分，吸附容量越大。MNPC-700-0.4在溶液pH=4到10之间的吸附容量稳定，且具有pH缓冲作用。水溶液中离子强度增加，MNPC-700-0.4吸附CIP的吸附容量下降，且带高电荷量的阳离子对吸附容量影响更为显著。水体中的天然有机物腐殖酸含量的增加对吸附容量影响不大。溶液中初始CIP浓度越大，越有利于吸附，且MNPC-700-0.4对CIP的吸附行为符合Langmuir模型，CIP的最大吸附容量为1563.7mg/g（25℃），相对于其他CIP吸附剂而言具有更大的吸附容量。MNPC-700-0.4吸附水中CIP是一个自发的放热过程。MNPC-700-0.4对水中CIP的吸附在1.5h内即可达到吸附平衡，且吸附过程符合准二级动力学模型。MNPC-700-0.4对水中CIP的吸附处理具有选择性，且可再生循环利用3次。吸附过程受MNPC-700-0.4吸附剂本身结构和物理化学作用等的共同影响。
③MNPC-700-0.4动态吸附CIP具有较高的产水量，动态吸附效能受进水流量和CIP初始浓度共同影响。动态吸附柱吸附水中CIP的穿透点产水量为210BV，饱和产水量为570BV。进水流速越低达到穿透的时间越长，到达穿透点的处理水量越高。进水CIP初始浓度越大，MNPC-700-0.4吸附传质驱动力越大，吸附柱到达穿透点的时间明显缩短。通过Yoon-Nelson模型能很好地拟合动态吸附过程，且流速越大、初始CIP浓度越大，吸附速率越快，吸附质穿透吸附柱越快。MNPC-700-0.4填充的吸附柱在工程实际吸附水中CIP方面具有广阔的应用前景。
MNPC-700-0.4对水中CIP的吸附具有高效的吸附性能和水环境适应性，对水体pH具有缓冲能力，并能循环利用。其在实际处理CIP污染中具有工程应用的潜力，并为规模化绿色高效地处理水中CIP提供了理论依据和应用数据支撑。