青贮秸秆活性炭制备及改性对两种典型抗生素的吸附

摘要

本文采用 H3PO4活化法，以玉米秸秆为原材料制备活性炭。为了提高秸秆活性炭吸附性能，研究了青贮改性秸秆制备活性炭，以及丁二酸改性青贮秸秆活性炭的制备。并进一步研究了对水中环丙沙星及阿莫西林的吸附。
　　本文所列五种活性炭分别为秸秆活性炭（AC-1、AC-2），青贮改性秸秆活性炭（AC-S1、AC-S2），丁二酸改性青贮秸秆活性炭（AC-SA）。在制备工艺上，AC-1与AC-S1分别是在原料与磷酸浸渍比1:2，活化时间为10h，炭化温度450℃下，炭化时间1h时制备而成。AC-2、AC-S2和 AC-SA采用响应面法（RSM）中心组合（BBD）设计实验方案，优选实验方案为炭化温度584℃，原料与磷酸浸渍比1:1.9，改性剂丁二酸投加量0.005 mol/g，炭化温度1h制备而成。
　　对所制备活性炭进行比表面积与孔径等物理指标分析，AC-1比表面积为1091.22m2/g， AC-S1为741.63m2/g，AC-1活性炭兼具微孔和中孔，AC-S1大部分是微孔。AC-2比表面积为1455 m2/g，AC-S2比表面积为1521 m2/g，AC-SA为1347 m2/g，三种活性炭兼具微孔和中孔。对活性炭进行扫描电镜（SEM）分析，AC-1表面比较光滑，孔径较大，AC-S1较为粗糙，附着酸性官能团。与 AC-S2、AC-2相比，AC-SA表面含有较多附着物，推测原因是活性炭表面有残留的丁二酸。Bohem滴定与红外光谱（FTIR）分析发现，活性炭表面均含有羧基、内酯基、酚羟基和羰基等官能团。AC的酸性官能团含量远低于AC-S1，酸性官能团含量：AC-SA>AC-2>AC-S2，与红外光谱分析结果相一致。
　　AC-1及 AC-S1均能有效去除水中的环丙沙星，AC-S1去除效果更好。吸附量分别为323.70 mg/g和407.75 mg/g，去除率分别达到63.85％和80.58%。吸附过程主要为化学吸附，吸附12h左右到达平衡，二者均符合伪二级动力学吸附模型。用Langmuir模型来分析吸附情况更适合，两种活性炭主要为单分子层吸附。pH值对吸附效果有较大影响，在pH=5-7时吸附效果较好。分析吸附过程中可能存在静电作用、阳离子交换、π-πEDA等作用。
　　AC-2、AC-S2及AC-SA均能有效去除水中的阿莫西林，AC-SA去除效果更好，吸附量为45.60 mg/g，去除率达到90.96%。AC-2与AC-S2吸附效果差不多，吸附量分别为38.84 mg/g和39.69 mg/g，去除率分别达到77.99%和78.36%。吸附过程主要为化学吸附，吸附6h左右到达平衡，二者均符合伪二级动力学吸附模型。吸附等温模型更适合用 Langmuir模型。活性炭主要为单分子层吸附，其中AC-SA有部分多分子层吸附。pH值对吸附效果有较大影响，在酸性条件下吸附效果更好。分析吸附过程中可能存在静电作用、阳离子交换、π-πEDA等作用。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 活性炭的研究现状

1.2 玉米秸秆的利用现状

1.3 抗生素废水的污染概况

1.4 选题研究目的及创新点

第2章 活性炭的制备

2.1 青贮改性秸秆活性炭的制备

2.2 丁二酸改性青贮活性炭的制备

2.3 本章小结

第3章 活性炭的表面特性分析

3.1青贮改性秸秆活性炭的表面特性分析

3.2 丁二酸改性青贮活性炭的表面特性分析

3.3 本章小结

第4章 青贮秸秆改性活性炭对水中环丙沙星的吸附

4.1 实验内容

4.2 结果与讨论

4.3 本章小结

第5章 丁二酸改性青贮活性炭对水中阿莫西林的吸附

5.1 实验内容

5.2 结果与讨论

5.3 本章小结

第6章 结论与建议

6.1 结论

6.2 建议

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况