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多孔碳材料的制备及对水体中典型抗生素吸附研究【字数:10435】

2024-02-25 15:14编辑: www.jxszl.com景先生毕设
近些年,水体中的抗生素含量不断增加,并对人类的健康和生态环境产生了极大威胁。本论文选用小麦秸秆生物炭作为吸附剂,诺氟沙星(NOR)作为吸附质,对其吸附进行研究。首先,以小麦秸秆为原料,在300℃和600℃的环境下,热解生成生物炭。通过对材料性质进行表征,如电镜扫描(SEM)、傅式红外光谱(FTIR)分析等,确定其具有作为吸附剂的基本结构和性质。之后,研究了生物炭对诺氟沙星的吸附效果的影响因素,如混合时间、温度、pH值和腐殖酸浓度等。通过对得出的实验数据进行处理,拟合出适合该吸附过程的吸附动力学方程,并发现此次吸附过程为放热过程。此外,利用该吸附体系的特性与机理阐释了以上几种因素影响吸附效果的原因。小麦秸秆生物炭的制备热解温度越高,对诺氟沙星的吸附效果越好是由于其比表面积和孔容积更大;升高温度有利于吸附的进行是由于吸附过程为放热反应;随pH值得增加,生物炭的吸附率先增加后减小是由于静电作用和氢键作用;腐殖酸浓度对不同类型的生物炭的吸附率影响不同是由于π-π电子供体受体相互作用、静电作用和氢键作用。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words2
引言(或绪论)2
1材料与方法2
1.1实验仪器 2
1.2实验试剂及其基本信息3
1.3生物炭的制备3
1.4实验设计4
1.4.1生物炭吸附能力测试实验4
1.4.2生物炭吸附动力学实验5
1.4.3 溶液pH影响实验5
1.4.2 溶液腐殖酸浓度影响实验5
2结果与分析6
2.1生物炭吸附能力测试6
2.2生物炭表征分析5
2.3 生物炭吸附诺氟沙星的特征分析7
2.3.1吸附动力学模型分析7
2.3.2吸附热力学分析10
2.3.3小结11
2.4外界环境对生物炭吸附诺氟沙星的影响11
2.4.1溶液pH对吸附效果的影响11
2.4.2溶液腐殖酸啊浓度对吸附效果的影响13
2.4.3小结13
3讨论 13
致谢14 *景先生毕设|www.jxszl.com +Q: @351916072

参考文献14
多孔碳材料的制备及对水体中典型抗生素的吸附研究
引言
引言:诺氟沙星是一种具有代表性的抗生素,被广泛用于人或动物的细菌感染治疗中。进入人体或动物体内的抗生素不能完全吸收,据文献[12]报告,大约有70~90%的抗生素会以原型或者代谢产物的形式,通过人和动物代谢方式排入环境。我国是抗生素的使用大国,随着抗生素的生产和消耗的逐年增加,难以避免加重了其对土壤和水体等生态环境的污染影响。因此研究水溶液中诺氟沙星等抗生素的处理技术及其紧迫。近些年,存在于水体中的抗生素可以通过高级氧化、离子交换、特殊生物降解、反渗透、光解和吸附等方式去除[35]。综合来看,吸附技术的降解方式的成本很高,没有产生二次污染的可能,是一种经济且简便的理想去处抗生素的方法。吸附剂的选择对吸附效果至关重要。目前围绕抗生素的吸附去除工艺,已经研制出了多种吸附剂材料,例如活性炭、腐殖质、氧化石墨烯、沸石和生物炭等[5]。其中,生物炭因原材料丰富,制作成本低廉,对环境污染污染小,逐渐作为吸附剂进入了人们的视野。
生物炭是以生物质为原材料,在限氧的条件下高温热解而产生的富炭材料。生物炭多为颗粒细致、质地较轻的黑色蓬松状固态物质,主要组成元素为碳、氢、氧、氮等,含碳量多在70%以上。其原料来源很广泛,例如农业废弃物(如秸秆、木屑、鸡粪、猪粪)及工业有机废弃物、城市污泥等偶可以作为原料,因此被认为是稳定的二氧化碳储存库[7]。
生物炭在土壤修复、缓解全球变暖、能源利用和环境治理等方面具有潜在优势。2006年,Lehmann[6]首次报道了利用木质炭增加土壤肥力并有利于避免全球变暖,此后生物炭相关内容等到了广泛的关注。在环境治理方面,由于生物炭具有优质吸附材料的独特表面化学性质。从微观上看,生物炭具有相对较高的比表面积、丰富的孔隙结构、大量的表面官能团,如羧基、酚羟基、酸酐等多种基团,这些特征使生物炭具有良好的吸附性,可作为吸附剂去除重金属、有机污染物等,消减环境污染风险[7]。此外,研究表明生物炭的吸附能力主要受生物炭物种以及制备方法的影响。
小麦秸秆是一种富炭且具有复杂木质纤维素的材料,且我国是主要的小麦生产区,小麦秸秆年产量大但是资源化无害化利用程度并不高。因此小麦秸秆制成生物炭不仅在去除污染物方面具有经济效果,还能解决废弃物处理处置资源化的问题,变废为宝。有关小麦秸秆基生物炭吸附抗生素的已有研究侧重于四环素(TC)的吸附。2019年2月,谭珍珍[2]等报道了在300℃、450℃和600℃热解温度下制备的小麦秸秆基生物炭对四环素的吸附,并用准二级动力方程和Langmuir等温模型描述生物炭对TC的吸附,表明该吸附过程主要受生物炭制备温度、pH值、吸附温度等多种因素影响的单分子层吸附。由此看出小麦秸秆基生物炭在环境修复和阻控污染物迁移方面具有广阔的应用前景。本次研究在不同温度下(300℃、600℃)制备小麦秸秆生物炭,开展对生物炭吸附诺氟沙星吸附性能的研究。考察生物炭的制备方法和吸附环境条件下,如吸附体系pH值、温度、腐殖酸浓度,对吸附水中诺氟沙星的影响。
1 材料与方法
1.1 实验仪器
实验中所使用的主要仪器如表1所示:
仪器名称
型号
高效液相色谱分析仪
KH100
pH计
PHS3C
鼓风干燥箱
DHG9070A
恒温振荡器
HZ9311K
溶剂过滤器
HP01
超声波清洗器
HS2060A
电子天平
LQA20002
箱式电阻炉
SX22.510A
扫描电子显微镜
日立SU8010
紫外分光光度计
D8
1.2 实验试剂及其基本信息
本实验所用的主要试剂和主要原料,如表2所示:
序号
试剂名称
分子式
1
诺氟沙星

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