改性污泥、改性粉煤灰及活性炭吸附加替沙星的研究

摘要

本文研究改性污泥、改性粉煤灰及活性炭对抗生素类药的吸附机理。抗生素选择加替沙星，选择两种污泥（沉淀池污泥和脱水污泥）作为对比，采用选择氯化锌化学物理改性。粉煤灰则选择浓盐酸改性法。吸附实验数据分别不用同的等温线模型和动力学模型进行拟合，探讨吸附过程机理；另外，还对吸附热力学参数进行计算，考察了吸附中反应热及反应方向问题。研究结果表明： 1）对于加替沙星，几种吸附剂的吸附均有一定效果，吸附能力为活性炭>改性污泥1>改性污泥2>改性粉煤灰，改性污泥虽然没有活性炭吸附能力强，但是它的吸附量是比较可观的，改性粉煤灰的吸附要弱，效果没有改性污泥好。 2）通过对实验结果进行线性等温线模型、Freundlich等温线模型、Langmuir等温线模型模拟，可以看到几种吸附剂的吸附都可以用Freundlich等温方程很好的拟合。从结果看吸附是个非线性过程，因此不只受到分配过程的制约，还受到内部扩散的制约，比较符合“双相”模型，是一个两阶段的吸附现象。而通过RL值的判断，可知langmuir等温线也可以用来描述吸附过程，这可以证明吸附为单层吸附。 3）通过实验结果的吸附动力学分析，可知几种吸附剂对加替沙星的动力学特征存着很大的差异，吸附速率快慢和控制步骤都有很大不同。改性粉煤灰基本是受到内扩散步骤影响。而活性炭和改性污泥则要复杂一些，是多个步骤共同控制的结果。改性污泥的吸附速率和吸附量均比活性炭差一些。 4）Ca2+对吸附剂的吸附影响实验，揭示了离子强度对加替沙星吸附过程的影响，结果表明，不同的吸附剂，受到Ca2+影响不同，说明Ca2+的影响与吸附剂的性质有关。另外Ca2+对低浓度吸附质的影响小于高浓度。不同的Zeta电位，使得Ca2+浓度变化时，不同吸附剂的吸附表现不同。改性污泥在低离子强度时吸附是被抑制的，但是再提高离子强度，吸附增强，这可能与Zeta电位增加有关。 5）对实验中的数据进行热力学计算，可以得到吸附热力学参数，吸附自由能△G是吸附驱动力的体现，由实验数据可知，都为负值，说明几种吸附剂的吸附都是一个自发反应的过程；另外，与一般的吸附反应不同，加替沙星的吸附随着温度的增加而增强，吸附热△H为正值，是吸热的，吸附熵值△S也是变小的。这可以用溶剂置换理论来解释；通过△H的值及△G绝对值的大小，还可以判断，几种吸附剂的吸附是物理吸附和化学吸附共同作用的结果，但是物理吸附占主导。

目录

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致谢

序

1 引言

1.1 抗生素废水的来源与危害

1.2 抗生素废水的处理现状

1.3 吸附理论

1.3.1 固-液体系吸附特点

1.3.2 影响固-液体系吸附的主要因素

1.3.3 固-液吸附等温线模型

1.3.4 固-液吸附动力学模型

1.3.5 吸附剂的特点及试验中的吸附剂的选择

1.3.6 吸附在废水处理中的应用

1.4 研究目的和意义

2 实验材料与实验方法

2.1 实验仪器与药品

2.1.1 实验所用仪器设备

2.1.2 实验所需试剂选择

2.2 加替沙星的化学物理性质

2.3 吸附剂的制备

2.3.1 实验原料

2.3.2 改性粉煤灰的制备

2.3.3 改性污泥的制备

2.4 加替沙星标准曲线的绘制及分析方法

2.5 实验方案

2.5.1 实验溶液配置

2.5.2 实验方法和步骤

3 实验用吸附剂的表征

3.1 吸附剂的电镜扫描图像

3.2 粒度分布分析

3.3 Zeta电位分析

4 加替沙星吸附实验

4.1 吸附等温线

4.1.1 数据分析

4.1.2 小结

4.2 加替沙星的吸附动力学

4.2.1 动力学分析

4.2.2 小结

4.3 离子强度对吸附的影响

4.3.1 离子强度对吸附等温线的影响分析

4.3.2 离子强度对吸附动力学的影响

4.3.3 小结

4.4 加替沙星的吸附热力学

4.4.1 不同温度下的吸附等温线

4.4.2 几种吸附剂吸附加替沙星的热力学参数的计算

4.4.3 小结

5 结论与建议

5.1 结论

5.2 建议

参考文献

作者简历