活性碳制备及其对水中磺胺甲恶唑的吸附性能与机理研究

来源 :天津工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tom0101
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自从青霉素发明以来,多种抗生素类药物被广泛用于人类和动物的治疗。但是,大部分抗生素不能被生物机体代谢,以原药形式通过尿液和粪便排泄到环境中,且在环境中不易降解。其中,磺胺类药物是当今使用最广泛的抗生素之一,其被广泛用于治疗人畜的细菌性疾病。由于其较为稳定的化学结构,已在湖泊、河流、地下水、土壤、湖底沉积物,甚至生活饮用水中都检测到了磺胺类药物污染,从水环境中高效去除磺胺类抗生素污染物已迫在眉睫。活性碳材料具有高比表面积、大孔容以及丰富的孔道结构,已被应用于磺胺类抗生素的吸附脱除,但其常规制备方法面临原料混合不均、制备工艺复杂、成本高等问题。本文首先采用一系列碱金属有机盐(EDTA-2K,EDTA-2Na和EDTA-4Na)作为前体,通过原位碳化-活化法制备了比表面积高达2703 m~2/g并具有氮掺杂的系列活性碳。通过优化前体种类和煅烧温度,综合考虑活性碳成本因素,将以EDTA-2K为原料在700℃下煅烧得到的活性碳(2K-700)确定为较优活性碳,其对配水中磺胺甲恶唑经Langmuir模型计算出的最大吸附量可达907 mg/g。在此基础上,系统研究了吸附起始浓度、吸附时间、p H值和离子强度对吸附性能的影响,并通过关联活性碳的孔和化学结构性质与其吸附性能,揭示了磺胺甲恶唑的吸附机理,阐明了孔结构在吸附中的决定性作用。此外,尽管基于碱金属有机盐的活性碳可以高效吸附脱除水中的磺胺甲恶唑污染物,但其制备过程中充当造孔剂的碱金属无法重复利用,制备成本较高,环境不友好。为此,本文进一步以来源广泛、环境友好的生物质原料蔗糖为碳源,以硼酸作为造孔剂,制备了另一种活性碳吸附剂,并将其应用于水中磺胺甲恶唑的吸附脱除。通过优化溶剂种类、硼酸/蔗糖质量比以及煅烧温度,确定较优工艺条件为以水作为溶剂,硼酸/蔗糖质量比为1/2,煅烧温度为800℃,所得硼酸-蔗糖衍生活性碳(1B2C-800)的比表面积为1618 m~2/g,对水中磺胺甲恶唑的最大吸附量可达508 mg/g。进一步对硼酸进行回收并再次用于活性碳的制备,发现所得碳吸附剂仍具有较高的比表面积和良好的磺胺甲恶唑吸附性能。
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