不同方法制备的秸秆生物质碳材料对环境抗生素的吸附研究

摘要

近年来,抗生素污染受到广泛关注.而生物质碳材料作为一种具有特殊的表面结构和较强的吸附性能的新型环境功能材料,越来越多地被应用于受污染土壤的修复中.本研究选用内蒙古牧区废弃的玉米秸秆为原材料,采用自然燃烧(BCnatural)、700℃高温限氧(BC700)和水热碳化法(HTC)制备生物质碳材料,将热解获得的生物炭(BC)添加到不同性质的土壤中考察老化处理对BC性质的影响,并对生物质碳材料的物理化学性质进行表征.选用氧四环素(OTC)、磺胺甲基嘧啶(SMR)和链霉素(STR)三种不同类型抗生素作为目标污染物,研究离子型的抗生素污染物在生物质碳材料上的吸附行为,从而深入了解不同条件获得的生物质碳材料对不同环境抗生素的吸附特性.
　　1.BC700芳香性和稳定性较强,比表面积较大,而BCnatural具有较高的表面含氧官能团和矿物质含量.BC700对OTC、SMR和STR的吸附强于BCnatural,它们对三种抗生素的吸附能力为OTC>STR>SMR.
　　2.溶液pH,离子强度及共存重金属污染物会影响BC对抗生素的吸附.孔填充和π-πEDA(π-πElectron Donor Acceptor)相互作用在抗生素的吸附过程中发挥一定作用.此外,主要以阳离子存在的STR在吸附过程中主要涉及静电相互作用和表面官能团作用,而OTC主要吸附机制为表面官能团相互作用.SMR在BC上的吸附主要由疏水作用控制.
　　3.由于可溶性碳从BC中释放,老化后的BC芳香性增强、孔体积增加.90天老化后的BC对三种抗生素仍有很好的吸附能力.呼和浩特土老化的BC对OTC的吸附增强最显著.江西土老化的BC明显增加了对SMR的吸附.对于STR,两种土壤老化的BCnatural对其吸附能力增加,而老化后的BC700对其吸附能力变化不显著.
　　4.采用水热碳化法制备呈微球结构的水合炭(HTC),反应时间和酸碱添加剂会影响HTC的结构形貌和吸附性能.HTC对抗生素的吸附性能介于BCnatural和BC700之间.反应12h添加KOH制备的HTC-K12表面酸性官能团含量较高,孔径较大,对OTC和STR有最大的吸附.加入H3PO4制备的水合炭HTC-P12具有较大的比表面积和疏水性,对SMR有最大吸附性能.

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