【摘 要】
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抗生素是一种难以被生物降解的有机物,水环境中的抗生素进入人体会给人体健康造成严重威胁,使用生物炭对水中抗生素进行吸附是一种有效的污染治理方式,但原始生物炭对抗生素的吸附能力相对有限,为了提升生物炭吸附能力,需要对生物炭进行改性。而当前大多数进行的改性手段又存在成本过高、方法复杂且有可能产生二次污染等问题。因此,为了解决日益严重的水体抗生素污染以及生物炭改性成本过高的问题,使用农、工业废弃物（酒糟、
【基金项目】
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国家重点研发计划项目（2016YFC0502602）； 国家自然科学基金项目（41977297）； 贵州省高层次留学人才创新创业择优资助项目(人才择优资助合同（2018﹞08号）； 贵州大学自然科学专项（特岗）科研基金项目(贵大特岗合字（2020﹞01号）；
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抗生素是一种难以被生物降解的有机物,水环境中的抗生素进入人体会给人体健康造成严重威胁,使用生物炭对水中抗生素进行吸附是一种有效的污染治理方式,但原始生物炭对抗生素的吸附能力相对有限,为了提升生物炭吸附能力,需要对生物炭进行改性。而当前大多数进行的改性手段又存在成本过高、方法复杂且有可能产生二次污染等问题。因此,为了解决日益严重的水体抗生素污染以及生物炭改性成本过高的问题,使用农、工业废弃物（酒糟、木屑、水稻秸秆、玉米秸秆）在不同热解温度（300、450、600℃）下制备生物炭,并用工业废弃物磷石膏与生物炭混合进行一次共热解制备磷石膏改性生物炭（磷石膏混合质量比例10%、30%、50%、70%）。采用Zeta电位分析、SEM、FTIR、XRD、基础属性分析等方法对生物炭进行表征,通过影响因素吸附实验（碳化温度、磷石膏比例、生物炭投加量、溶液初始p H值、溶液离子强度）、批次吸附实验（吸附动力学、吸附等温线、吸附热力学、光降解实验）以及动态吸附实验探讨生物炭改性前后对磺胺嘧啶（SD）及磺胺二甲嘧啶（SM2）的吸附行为和吸附机理,为利用用磷石膏制备改性生物炭并运用于水体抗生素污染治理提供科学依据。本研究获得主要结果如下:（1）1-HBC-450-70及2-HBC-450-70在p H为2～3之间存在零电荷点,且随着p H的提升其带负电性逐渐增强,即在酸性条件下对阴离子污染物的吸附能力更强。改性生物炭表面及孔隙中成功附着了大量白色颗粒,表面成分中Ca元素含量明显增加,XRD分析显示这些颗粒可能为Ca SO4,即磷石膏成功地附着在生物炭表面上。FTIR分析显示生物炭表面有机金属的伸缩振动峰及C-O峰明显提升,这些基团可促进氢键作用从而提升吸附能力。（2）在300、450、600℃三种碳化温度下,450℃下制备的酒糟和木屑生物炭（1-HBC-450、2-HBC-450）吸附能力最高,其中2-HBC-450对SM2的去除率达到86.62%。且随着改性生物炭磷石膏比例的增加,其吸附能力逐渐提升。在450℃热解温度与70%磷石膏比例下制备的改性酒糟生物炭（1-HBC-450-70）以及改性木屑生物炭（2-HBC-450-70）吸附效果最强,相比于未改性的生物炭,对SD和SM2的吸附能力提升了14～21倍。在抗生素浓度为10 mg/L时,1-HBC-450-70对SD及SM2的最适投加量分别为0.20、0.10 g,2-HBC-450-70则分别为0.10、0.05 g。在最适投加量下,2种生物炭的吸附能力均随着p H值的上升而出现明显下降。而1-HBC-450-70和2-HBC-450-70对SD、SM2的吸附能力随溶液中离子(SO42-、Cl-)浓度的增加而降低,但该影响较小。1-HBC-450-70、2-HBC-450-70对SD和SM2的主要吸附机理为离子交换作用、氢键作用、π-π供受体作用、静电作用以及疏水相互作用。（3）吸附动力学研究结果表明,Elovich模型和准二级动力学模型更适合解释1-HBC-450-70、2-HBC-450-70对SD和SM2的吸附过程。1-HBC-450-70对SD和SM2的平衡吸附量为0.89 mg/g和1.78 mg/g,分别为未改性生物炭1-BC-450的18.0、16.2倍。2-HBC-450-70对SD和SM2的平衡吸附量分别为1.94、4.13 mg/g,分别为未改性生物炭2-BC-450的32.3、12.3倍;在吸附等温线中,Freundlich模型和Langmuir模型分别更适合描述1-HBC-450-70和2-HBC-450-70对抗生素的吸附过程,整个吸附过程以化学吸附为主,且均为吸热反应。从Langmuir模型来看,在308 K的温度,溶液p H值为3,且在最佳投加量时,1-HBC-450-70对SD和SM2的最大吸附量分别为2.98和4.18 mg/g,是未改性生物炭的8.93和11.5倍。2-HBC-450-70对SD和SM2的最大吸附量则分别为4.40和8.91 mg/g,是未改性生物炭的11.6和22.4倍。2-HBC-450-70对SM2的吸附能力最高,几乎为1-HBC-450-70的2倍。光降解实验验证了Ti O2-磷石膏改性生物炭对SD和SM2的吸附/光降解共去除过程,Ti O2-磷石膏改生物炭对两种抗生素的光降解效率在1.1%-5.2%之间。（4）动态吸附实验结果表明,1-HBC-450-70和2-HBC-450-70在模拟的污水处理过程中展现出了较好的吸附能力,吸附前期几乎将出水口溶液中的抗生素完全去除。Thomas和Yoon-Nelson模型都能很好的拟合该吸附过程。当填料柱中生物炭投加量为5.0 g,溶液流速为2 m L/min时,1-HBC-450-70、2-HBC-450-70对SD的50%吸附穿透时间分别为164.84、215.30 min,对SM2则分别为180.36、236.40 min。即磷石膏改性后生物炭的吸附能力出现明显提升,在模拟实际处理的过程中也展现了良好的吸附能力。
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