电增强活性炭纤维吸附两种磺胺类抗生素的研究

摘要

磺胺类抗生素广泛应用于人类医疗和畜牧业生产，是重要的人畜共用药物，近年来在环境中污染现象严重。抗生素进入动物和人体后，大部分会以原药或代谢物的形式排出体外，进入水体和土壤中，对人类健康及生态环境造成潜在威胁。因此开发安全高效的抗生素去除方法势在必行。电吸附是一种不涉及电子得失的非法拉第过程，通过外加极化电场能够提高吸附速率和吸附容量，是一种效率高，能耗低，环境友好的处理技术，近年来在水污染控制领域得到了广泛的肯定和支持。本论文以新型碳纳米材料活性炭纤维(ACFs)作为电吸附材料，以磺胺类抗生素磺胺甲恶唑(SMX)和磺胺乙酰钠(SA-Na)作为目标污染物，考察静态模式以及连续流模式下活性炭纤维对污染物的吸附效果，分析吸附特征和影响因素。为以活性炭纤维为电吸附材料在抗生素水污染控制领域的应用提供依据，并为电吸附技术在水污染控制领域的扩大化应用提供装置设计参考。围绕以上研究内容和目标主要开展了以下工作:
　　(1)设计静态实验，考察电增强活性炭纤维对污染物SMX和SA-Na的吸附效果。研究表明，电增强ACFs对SMX和SA-Na的吸附动力学符合二级动力学模型，吸附等温线符合Freundlich模型，初始吸附速率和吸附容量均随外加电压的增大而增大。外加1V电压时，SMX和SA-Na的初始吸附速率分别为开路条件的1.35倍和1.55倍，平衡常数KF的值分别是开路条件下的1.9倍和2.5倍，分析污染物的结构性质和ACFs的零电荷点发现静电吸引作用是吸附容量和吸附速率提高的主要原因。SMX和SA-Na吸附量的差异则主要受其疏水性的影响。
　　(2)连续流模式下，设计制作电增强活性炭纤维吸附过滤装置，考察外加电压，进水流量以及进水浓度等条件对吸附效果的影响。研究结果表明，外加电压为1V时，SMX和SA-Na的吸附量分别为开路条件下1.77倍和1.85倍，污染物的最高去除效率可以达到99.5％以上，吸附穿透时间明显延长;SMX和SA-Na的吸附量随进水流量的增大而减小，随进水浓度的增大而增大。
　　本论文采用ACFs电增强吸附SMX和SA-Na，实现了目标污染物的有效去除，为以活性炭纤维为电吸附材料在抗生素水污染控制领域的广泛应用提供参考。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 磺胺类抗生素概述

1．1．1 抗生素简介

1．1．2 磺胺类抗生素的结构和性质

1．1．3 磺胺类抗生素在水体中的来源及污染现状

1．1．4 磺胺类抗生素的危害

1．2 活性炭纤维概述

1．2．1 活性炭纤维的结构和性质

1．2．2 活性炭纤维的原料和制备

1．2．3 活性炭纤维在水处理领域的应用

1．3 吸附技术

1．3．1 吸附理论

1．3．2 吸附作用

1．3．3 吸附动力学理论

1．3．4 吸附热力学理论

1．4 电吸附技术研究进展

1．4．1 电吸附原理

1．4．2 电吸附电极材料及其应用

1．5 选题依据、目的、意义和研究内容

1．5．1 选题依据

1．5．2 选题目的和意义

1．5．3 研究内容

2 静态模式下电增强活性炭纤维吸附SMX和SA-Na的研究

2．1 引言

2．2 实验材料与方法

2．2．1 实验材料

2．2．2 目标污染物的分析方法

2．2．3 活性炭纤维的预处理

2．2．4 活性炭纤维的表征

2．2．5 静态模式下电增强活性炭纤维吸附实验

2．3 结果与讨论

2．3．1 活性炭纤维的表征

2．3．2 污染物结构特征

2．3．3 污染物电化学稳定性

2．3．4 电吸附动力学

2．3．5 电吸附等温线

2．4 小结

3 连续流模式下电增强活性炭纤维吸附SMX和SA-Na的研究

3．1 引言

3．2 实验材料与方法

3．2．1 实验材料

3．2．2 连续流模式下电增强活性炭纤维吸附实验

3．3 结果与讨论

3．3．1 电压对吸附的影响

3．3．2 进水流量对吸附的影响

3．3．3 进水浓度对吸附的影响

3．4 小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢