玉米秸秆生物质炭和硅藻土对外源金霉素的吸附与解吸

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近年来,由于耐抗生素细菌的发现,抗生素类药物造成的环境污染问题在国际上引起了普遍关注。由于四环素类抗生素(TCs)具有优良的治疗价值,目前广泛用作畜禽的饲料添加剂,但是大部分抗生素不能被吸收,而是以粪便和尿液形式排出体外,对环境造成了相当的污染。生物质炭是一种新兴的有机吸附剂,被认为是有机污染物的超强吸附剂;而硅藻土是一种储量丰富的无机吸附剂,广泛用于水质净化和污水处理。因此本文以四环素类抗生素的一种——金霉素(CTC)为例,研究生物质炭和硅藻土对溶液中CTC的吸附动力学、热力学以及环境因素对其吸附解吸的影响,以探讨金霉素在两类吸附剂上的吸附特性,为缓解四环素类抗生素的环境污染提供理论参考和数据支持。本试验采用OECD Guideline106批平衡方法研究了玉米秸秆生物质炭和硅藻土对金霉素的吸附动力学、吸附解吸热力学特征以及离子强度和溶液pH值对吸附解吸的影响。主要结论如下:1.玉米秸秆生物质炭和硅藻土对金霉素的吸附动力学过程是一个前期快速吸附,中后期慢速平衡的过程,符合二级动力学方程;在相同条件下,生物质炭对金霉素的吸附速率快于硅藻土;生物质炭吸附金霉素的平衡时间为8h,硅藻土为24h;相同动力学试验条件下,生物质炭对金霉素的吸附量高于硅藻土,生物质炭对溶液中金霉素的去除率高于硅藻土;固液比越大,初始浓度越低,达到平衡所需的时间越短,金霉素的去除率越高。2.玉米秸秆生物质炭和硅藻土对金霉素的吸附量随金霉素的平衡浓度增加而增大,两种吸附材料对金霉素的解吸量与吸附量呈正相关关系;生物质炭和硅藻土的吸附量随环境温度的升高而增加,解吸量随环境温度的升高而降低。Langmuir模型和Freundlich模型的拟合结果表明生物质炭和硅藻土对金霉素的吸附容量、吸附强度均随温度升高而增加,硅藻土对金霉素的吸附等温线呈“L”型,生物质炭对金霉素的吸附等温线随温度升高由“L”型逐渐趋于线型。玉米秸秆生物质炭和硅藻土对金霉素的吸附过程均为自发进行的、熵推动的吸热过程,主要吸附机制是物理吸附。3.玉米秸秆生物质炭和硅藻土对金霉素的吸附量较大,而解吸率较低(解吸率在2.25%-6.99%之间),对金霉素有不错的去除效果。在低浓度条件下(<50mg·L-1)玉米秸秆生物质炭和硅藻土对金霉素的去除效果相近,去除率均可达到90%以上;但在高浓度条件下(50-400mg.L-1),玉米秸秆生物质炭对金霉素的去除效果优于硅藻土。4.金霉素溶液中钙离子强度能够密切影响两种吸附材料对金霉素的吸附和解吸,离子强度与金霉素在两种吸附剂上的吸附量呈极显著负相关,与解吸量和解吸率呈极显著正相关,离子强度对吸附量和解吸量的影响程度随金霉素初始浓度增加而增大。5.生物质炭对溶液pH值有很强的缓冲能力,溶液初始pH在4-10范围内,对生物质炭吸附金霉素的影响不明显;硅藻土对碱性溶液(pH>7)有一定的缓冲能力,硅藻土对金霉素的吸附量随溶液pH值的升高而增大。
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