【摘 要】
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随着社会经济的快速发展,兽用抗生素使用量快速增加,大量抗生素作为饲料添加剂长期使用,未被动物吸收的抗生素通过排泄进入水体,导致抗生素和抗生素抗性基因在环境中累积,进而对人类染病的医治和微生态环境构成潜在威胁。土霉素(OTC)和磺胺甲基嘧啶(SMR)是近年来在我国环境中被检测出的抗生素,其使用量逐年增长,产生了严重了安全隐患。本研究以水稻秸秆为原材料,使用KOH对其进行改性制成水稻秸秆吸附剂,记作R
【基金项目】
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江苏省重点研发计划(社会发展)项目“废弃盐田农牧结合型循环农业生产关键技术研究与集成示范”(BE2018680);
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随着社会经济的快速发展,兽用抗生素使用量快速增加,大量抗生素作为饲料添加剂长期使用,未被动物吸收的抗生素通过排泄进入水体,导致抗生素和抗生素抗性基因在环境中累积,进而对人类染病的医治和微生态环境构成潜在威胁。土霉素(OTC)和磺胺甲基嘧啶(SMR)是近年来在我国环境中被检测出的抗生素,其使用量逐年增长,产生了严重了安全隐患。本研究以水稻秸秆为原材料,使用KOH对其进行改性制成水稻秸秆吸附剂,记作RS/KOH,用其吸附溶液中的土霉素和磺胺甲基嘧啶。使用X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、红外光谱分析(FTIR)、比表面积分析仪和Zeta电位仪对KOH改性前后的水稻秸秆进行表征。在相同的实验条件下系统的比较了改性前后秸秆对OTC和SMR吸附性能的差异,并研究了吸附剂投加量、溶液pH、污染物初始浓度、温度等因素对吸附反应的影响,分析拟合了吸附动力学和吸附等温线等吸附特性,对RS/KOH对OTC和SMR的吸附机理进行了初步探讨。使用RS/KOH对厌氧消化10 d的沼液开展模拟吸附试验,探索改性秸秆在实际情况下对抗生素的去除效率和使用方法。结果总结如下:(1)表征结果显示经过KOH改性处理后原先附着在秸秆纤维素表面的SiO2等无机物杂质被去除,纤维素有序程度提高;表面结构变得松散,增加了许多孔隙,比表面积和孔径均明显增加;RS/KOH的Zeta电位也有所降低,增加了吸附剂的静电吸附能力。(2)RS/KOH对OTC吸附效果较未改性秸秆提升较大,吸附量为3.489 mg/g,较未改性秸秆提升4.77倍;RS/KOH对SMR的吸附效果不佳,RS/KOH对SMR的吸附量为1.811 mg/L,相比于RS/CK的1.129 mg/L,提高幅度不大。(3)对RS/KOH吸附OTC的影响因素分析后发现溶液pH是重要的影响因素,在溶液pH为4的情况下RS/KOH对OTC有较高的吸附率,pH的升高和降低均不利于OTC的吸附;溶液的初始浓度也是比较重要的影响因素,RS/KOH在100mg/L的OTC溶液中去除率仅有34.8%,而在2 mg/L的OTC溶液中则有96.0%;在一定范围内温度的上升和投加量的增加会增加RS/KOH对OTC的去除率,但影响程度较小。对RS/KOH对SMR的吸附来说pH也是很重要的影响因素,当pH为2时,RS/KOH对SMR有较高的去除率,随着pH的降低去除率也同时,并且在溶液为碱性时无吸附效果。根据Langmuir等温模型拟合后可得RS/KOH对OTC和SMR的最大吸附量为3.8708 mg/g 和 1.7982 mg/g。(4)RS/KOH对沼液中OTC的去除率在第5 d时最高此时去除率为48.34%。后因为长时间浸泡RS/KOH开始分解原本吸附的OTC重新解吸到沼液中,并且秸秆漂浮在沼液表面影响了 OTC的光降解与微生物降解。到第20 d时RS/KOH对OTC的去除率为9.03%。使用RS/KOH对OTC进行吸附,需在第5 d将其取出才有较好的去除效果。RS/KOH对磺胺二甲基嘧啶(SDMD)的去除率在第10 d时较高,此时去除率为69.42%。在随后5 d内开始少量解吸,到第20 d时RS/KOH对磺胺二甲基嘧啶的去除率70.67%。
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