【摘 要】
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近些年,抗生素污染造成的环境问题非常严重,进入到水体的抗生素对人类健康和环境安全带来严重的威胁。采用废弃生物质为原料制备的生物炭可以很好的吸附水中的抗生素药物。本研究以对人体健康和环境安全产生影响的梧桐絮（SF）为原料,通过K2CO3改性制备梧桐絮基生物炭（SFB2-900）。选取盐酸土霉素（OTC-HCl）和环丙沙星（CIP）为典型抗生素,采用吸附法去除水中单一抗生素和复合抗生素。具体研究结果如
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近些年,抗生素污染造成的环境问题非常严重,进入到水体的抗生素对人类健康和环境安全带来严重的威胁。采用废弃生物质为原料制备的生物炭可以很好的吸附水中的抗生素药物。本研究以对人体健康和环境安全产生影响的梧桐絮（SF）为原料,通过K2CO3改性制备梧桐絮基生物炭（SFB2-900）。选取盐酸土霉素（OTC-HCl）和环丙沙星（CIP）为典型抗生素,采用吸附法去除水中单一抗生素和复合抗生素。具体研究结果如下:（1）SFB2-900的制备条件为K2CO3:BC（g/g）为2:1,活化温度为900℃和活化剂为K2CO3,在上述条件制得的SFB2-900是具有高比表面积（1651.27 m2/g）、芳香性和疏水性的介孔材料。室温下SFB2-900对OTC-HCl的吸附容量达到730.24 mg/g,在高pH下（pH＞9）吸附过程才会受到显著抑制。溶液中的Na+通过盐析效应和屏蔽效应促进吸附的进行,而Mg2+和Al3+对吸附产生抑制作用,HCO3-和CO32-通过水解降低溶液的pH进而抑制SFB2-900对OTC-HCl的吸附。动力学分析表明吸附符合伪二阶动力学,吸附过程有化学吸附参与。15℃、25℃和35℃的等温线数据与Langmuir模型拟合的很好,表明SFB2-900对OTC-HCl是单层吸附;热力学研究表明升高温度有利于吸附的进行。SFB2-900在不同水体中均表现出优异的OTC-HCl吸附能力并且具备很好的再生效果。通过对吸附实验、吸附前后材料的表征和密度泛函理论（DFT）计算可知,SFB2-900对OTC-HCl的吸附涉及到孔隙填充、π-π电子供体-受体相互作用（π-π EDA）、静电相互作用和H键相互作用。（2）SFB2-900对CIP的吸附容量达到了 430.25mg/g。不同pH值下的吸附容量仍在400 mg/g以上。Na+和Mg2+都对SFB2-900吸附CIP起到促进作用,Al3+对CIP的吸附起抑制作用。HCO3-和CO32-通过水解降低溶液的pH轻微抑制吸附。吸附数据与伪二级动力学模型拟合的最好。不同温度下（25℃、35℃和45℃）的等温线更加符合Langmuir模型,热力学研究表明温度升高不利于SFB2-900对CIP的吸附。DFT计算可知中性CIP分子的Eabs绝对值最大,表明中性条件下吸附效果最好。响应面优化实验可知,在最佳吸附条件下（投加量:0.06 g/L、C0:52.93 mg/L、pH:7.01）,SFB2-900对CIP 的吸附容量最大（460.323 mg/g）。16 次吸附-解吸循环后,SFB2-900才会完全失去对CIP的吸附能力。SFB2-900对CIP的吸附机理包括孔隙填充、π-πEDA作用和静电引力作用。（3）由于抗生素之间的竞争吸附,SFB2-900对复合体系抗生素的吸附性能远低于单一体系。投加量的研究表明,SFB2-900更容易吸附水中的OTC-HCl。SFB2-900对OTC-HCl和CIP的吸附容量随着pH的增加而降低,高pH下SFB2-900更易吸附复合体系中的CIP。溶液中的Al3+和CO32-对复合体系中抗生素的去除起到抑制作用。动力学研究表明,复合体系中抗生素的吸附很好的拟合伪二动力学阶模型（R2＞0.999）。不同温度下的吸附等温线数据符合Freundlich模型,表明复合体系中抗生素的吸附为双层吸附,升温有利于抗生素的去除。吸附前后材料的表征分析可知,SFB2-900对抗生素的吸附主要是以孔隙填充和π-πEDA相互作用为主,同时静电相互作用也参与其中。
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