Co/N共掺杂介孔碳纳米片对水溶液中盐酸四环素的吸附性能研究

摘要

近年来，抗生素被广泛应用于人类、动物疾病的治疗，但由于它们不能被完全吸收和降解，大量的残留在环境中，环境中抗生素的残留物可通过食物链的富集在生物体内积累，导致抗病基因的传播，严重威胁到食品安全。盐酸四环素（TC-HCl）等水溶性抗生素的残留物主要存在土壤和地下水中，造成严重的水污染问题。目前，抗生素的去除方法主要有膜过滤法、催化降解法、生物处理法、化学氧化法和吸附法等，其中，吸附法被认为是最简单且最具有成本效益的方法。与传统吸附剂相比，二维多孔碳纳米材料具有吸附能力强、制备工艺简单、无毒无害和可大规模生产等优良特性。基于此，本研究通过两步法制备了基于新型Co/N共掺杂介孔碳纳米片（Co/N-MCs）的盐酸四环素吸附剂，并对该吸附剂的结构及其对盐酸四环素的吸附性能进行了评价。主要研究内容和研究结果如下： 1.通过溶剂热法和高温热裂解制备Co/N-MCs。场发射扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）表明Co/N-MCs为片层结构，其表面含有大量且分布均匀的介孔结构。X射线衍射（XRD）、能谱分析（EDX）、傅立叶变换红外光谱（FT-IR）、X射线光电子能谱（XPS）等表征结果证明了Co/N-MCs的成功制备。 2.Co/N-MCs吸附剂对盐酸四环素的吸附性能研究。对Co/N-MCs吸附盐酸四环素的吸附动力学和吸附热力学试验数据进行拟合，结果表明该吸附过程更符合伪二阶动力学模型和Langmuir等温模型，说明该吸附反应属于单分子层上的化学吸附，且最大吸附量为344.83mg g-1，优于文献报道的碳基盐酸四环素吸附剂。对吸附机理的研究表明，Co/N-MCs吸附盐酸四环素的主要作用机制是π-π电子供体-受体相互作用、阳离子交换作用、表面络合作用、静电吸引作用，且Co/N-MCs吸附剂较高的比表面积和独特的介孔结构为盐酸四环素的吸附提供了大量的吸附位点。 3.Co/N-MCs吸附剂在实际应用中的可行性研究。抗盐离子干扰试验和重复利用性研究表明，试验中的多种离子均不会对吸附剂的盐酸四环素吸附性能产生较大的影响，反映出Co/N-MCs吸附剂具有较强的抗盐离子干扰能力，且Co/N-MCs吸附剂在经过五次重复利用后对盐酸四环素的去除效率仍在86%以上。因此，Co/N-MCs吸附剂以其成本低廉、对盐酸四环素吸附性能优异且具有良好的重复利用性等优点，在抗生素污染控制领域具有较好的应用前景。

目录

第一章 文献综述

1.1.1 抗生素类药物定义

1.1.2 抗生素的危害

1.1.3 抗生素的污染来源

1.2.1 常见的四环素类抗生素理化性质

1.2.2 四环素类抗生素残留对人体的危害

1.3.1 生物处理法

1.3.2 化学氧化法

1.3.3 膜分离法

1.3.4 吸附法

1.4 纳米材料

1.4.1 纳米材料简介

1.4.2 纳米材料的研究现状

1.4.3 纳米材料在食品中的应用

1.4.4 纳米材料吸附剂研究进展

1.4.5 二维纳米材料研究进展

1.4.6 纳米材料表面的改性

1.5 研究目的与意义

1.6 研究内容

1.7 技术路线

第二章 Co/N共掺杂介孔碳纳米片吸附剂的制备与表征

2.1 引言

2.2.1 主要试剂和仪器

2.2.2 试验方法

2.3 结果与讨论

2.3.1 红外光谱分析

2.3.2 形貌及晶体性质分析

2.3.3 X射线衍射及多孔结构性质分析

2.3.4 X射线光电子能谱分析

2.4 小结

第三章 Co/N共掺杂介孔碳纳米片吸附剂的吸附性能研究

3.1 引言

3.2.1 主要试剂和仪器

3.2.2 试验方法

3.3 结果与讨论

3.3.1 溶液pH值对Co/N-MCs吸附剂的吸附性能影响

3.3.2 Co/N-MCs吸附剂的吸附性能

3.3.3 Co/N-MCs吸附剂的抗盐离子干扰能力及重复利用性

3.3.4 Co/N-MCs吸附剂的吸附机理

3.4 小结

第四章 结论与展望

4.1 结论

4.2 创新点

4.3 展望

参考文献

致谢

个人简历