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本论文主要针水中四环素类抗生素及其共存重金属,在分析其理化特征的基础上,根据Fe可以与四环素发生络合的现象,运用金属掺杂和官能团嫁接方法研制相匹配具有特征官能团的硅基吸附材料,研究该吸附材料对水中四环素类抗生素及其共存重金属的吸附效能、过程与机理,初步探讨了吸附-膜过滤组合工艺去除水中的四环素类抗生素的可行性。取得了以下成果: 合成一系列不同Fe/Si比例的Fe(Ⅲ)掺杂SBA15吸附剂(Fe-SBA15),Fe(Ⅲ)成功掺杂到SBA15的骨架结构中,形成了一种含有大量介孔孔道的铁-硅介孔吸附剂。Fe/Si比从0升至0.1时,骨架结构中的Fe(Ⅲ)会提供大量有效吸附位点,增加吸附剂对四环素(TC)的吸附,Fe/Si升高至0.2时,氧化铁颗粒的形成会抑制吸附剂对TC的吸附。吸附剂对TC的吸附速率较快,动力学符合准二级动力学模型,等温线符合Langmuir模型,最大吸附容量为155.76mmol/kg。吸附过程是一种单层化学络合反应。溶液pH影响该吸附剂对TC的吸附,最佳的pH为5.0-7.0。吸附剂经五次再生后对TC的吸附容量基本保持不变。吸附过程主要是通过吸附剂骨架中的Fe(Ⅲ)与TC的酰胺基和酚羟基发生络合反应来实现。 针对水中四环素与重金属共存问题,通过一步嫁接法制备含有Fe(Ⅲ)和多氨基的双官能团介孔吸附剂(Fe-N,N-SBA15)。Fe(Ⅲ)和氨基成功嫁接到分子筛的孔道中,未改变分子筛的三维结构。该吸附剂对四环素、土霉素(OTC)和金霉素(CTC)的吸附速率较快,吸附动力学符合准二级动力学模型。随着溶液pH升高,吸附剂对三种四环素的吸附量都有先增高后降低的趋势,TC、OTC和CTC的最佳pH分别为5.2,4.4和5.6。吸附剂对TC、OTC和CTC的最大吸附容量分别为96.91、143.31和69.15 mmol/kg,吸附机理主要是通过吸附剂中Fe(Ⅲ)与TCs的氨基基团发生内层络合反应。吸附剂对TCs的吸附能力随着温度的升高而升高。TCs结构中R1和R2官能团以及不同的pKa是影响吸附剂对TC的吸附效果的主要因素。 进一步研究了Fe-N,N-SBA15同时去除TC和Cu的效能。TC和Cu能促进对方在吸附剂上的吸附,吸附速率和吸附容量都有明显增加。溶液pH影响吸附剂同时去除TC和Cu的效能,TC、Cu以及TC/Cu络合物的不同形态是决定性因素。离子种类和强度对吸附影响不大,吸附剂与吸附质之间形成了内层络合物。吸附剂对TC的吸附是吸附剂中Fe(Ⅲ)与TC的氨基发生络合反应,对Cu的吸附主要是吸附剂中氨基基团与Cu发生络合反应。由于TC-Cu络合物的作用,TC和Cu能利用桥连作用吸附到吸附剂不同的位点上,因此显著的促进对方在吸附剂上的吸附。 初步探讨运用吸附-膜过滤组合工艺去除水中TC,吸附-膜过滤组合工艺可以用来去除水中TC。吸附剂在膜表面形成滤饼层,但不会造成中空纤维膜污染。吸附剂再生后吸附效能与再生前相比会下降,TC的穿透时间和饱和时间会缩短。利用吸附剂吸附容量大,膜过滤工艺简单,可以同步去除水体中TC。