金属有机骨架材料及其改性在去除抗生素中的应用

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自青霉素和链霉素发现以来,抗生素快速发展,随着抗生素的大量使用,对人体健康、环境以及生态系统造成潜在危害,在血液里、肉和奶制品等食品里、水系统里等很多领域检测到抗生素,因此,对抗生素的去除成为一个重要且急需解决的问题。金属有机骨架材料具有比表面积大及孔结构可控、不饱和金属位点、结构和功能多种多样等特点,广泛应用于吸附、分离、催化等领域。本文选用金属有机骨架材料作为吸附剂去除抗生素,同时结合抗生素本身的性质对MOFs材料进行改性来提高其吸附能力,主要研究内容如下:(1)本文合成了MIL-100(Fe),通过FT-IR、PXRD、TGA、SEM以及N2吸附解吸等温线等表征手段证明制备出MIL-100(Fe),同时对MIL-100(Fe)作为吸附剂进行了吸附性能研究,结果显示MIL-100(Fe)对头孢曲松钠、头孢哌酮舒巴坦钠、头孢他啶、美罗培南吸附效果较好,对头孢曲松钠的最大吸附量达到426.00 mg/g;通过动力学模型拟合的研究表明MIL-100(Fe)对头孢曲松钠、头孢他啶、美罗培南的吸附过程符合准二级动力学模型,因此MIL-100(Fe)对抗生素的吸附过程的吸附速率受化学吸附机理的控制;同时MIL-100(Fe)经过脱附之后可以重复使用,具有良好的循环利用能力。(2)结合抗生素本身的性质对MIL-100(Fe)进行改性,通过在合成MIL-100(Fe)之前掺入锌离子用于提高其对抗生素的吸附能力。经过FT-IR、PXRD、TGA、SEM以及N2吸附解吸等温线等数据表明成功合成MIL-100(Fe,Zn),MIL-100(Fe,Zn)具有较好的稳定性;研究了MIL-100(Fe,Zn)对抗生素的吸附性能,结果显示掺入离子后不仅提高了对对头孢曲松钠、头孢哌酮舒巴坦钠、头孢他啶以及美罗培南的吸附效果,同时,对诺氟沙星、氧氟沙星以及米诺环素的吸附效果显著提高,MIL-100(Fe,Zn)对头孢曲松钠和诺氟沙星的最大吸附量分别达到688.49 mg/g和712.70 mg/g;MIL-100(Fe,Zn)对头孢曲松钠、头孢他啶、美罗培南、诺氟沙星、氧氟沙星以及米诺环素的动力学模型符合准二级动力学模型;再生实验表明MIL-100(Fe,Zn)具有良好的循环重复能力,该吸附剂可能适用于牛奶和血液中抗生素的去除,是一种潜在的良好的吸附剂。(3)通过掺入镁离子和铜离子对MIL-100(Fe)进行改性用于提高其对抗生素的吸附能力,结果显示掺入Mg2+、Cu2+后的MIL-100(Fe)显著提高了对诺氟沙星、氧氟沙星以及米诺环素的吸附能力,同时对头孢曲松钠、头孢他啶的吸附能力有所提高;MIL-100(Fe,Mg)、MIL-100(Fe,Cu)具有良好的循环再生能力,该吸附剂可能适用于牛奶和血液中抗生素的去除,是一种对抗生素具有较好吸附能力的吸附剂。通过在原有MOFs基础上掺入其他金属离子,可以增加其在吸附领域的潜在应用。
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