玉米秸秆生物质炭和硅藻土对外源金霉素的吸附与解吸

【摘要】：近年来,由于耐抗生素细菌的发现,抗生素类药物造成的环境污染问题在国际上引起了普遍关注。由于四环素类抗生素(TCs)具有优良的治疗价值,目前广泛用作畜禽的饲料添加剂,但是大部分抗生素不能被吸收,而是以粪便和尿液形式排出体外,对环境造成了相当的污染。生物质炭是一种新兴的有机吸附剂,被认为是有机污染物的超强吸附剂；而硅藻土是一种储量丰富的无机吸附剂,广泛用于水质净化和污水处理。因此本文以四环素类抗生素的一种——金霉素(CTC)为例,研究生物质炭和硅藻土对溶液中CTC的吸附动力学、热力学以及环境因素对其吸附解吸的影响,以探讨金霉素在两类吸附剂上的吸附特性,为缓解四环素类抗生素的环境污染提供理论参考和数据支持。 本试验采用OECD Guideline106批平衡方法研究了玉米秸秆生物质炭和硅藻土对金霉素的吸附动力学、吸附解吸热力学特征以及离子强度和溶液pH值对吸附解吸的影响。主要结论如下： 1.玉米秸秆生物质炭和硅藻土对金霉素的吸附动力学过程是一个前期快速吸附,中后期慢速平衡的过程,符合二级动力学方程；在相同条件下,生物质炭对金霉素的吸附速率快于硅藻土；生物质炭吸附金霉素的平衡时间为8h,硅藻土为24h；相同动力学试验条件下,生物质炭对金霉素的吸附量高于硅藻土,生物质炭对溶液中金霉素的去除率高于硅藻土；固液比越大,初始浓度越低,达到平衡所需的时间越短,金霉素的去除率越高。 2.玉米秸秆生物质炭和硅藻土对金霉素的吸附量随金霉素的平衡浓度增加而增大,两种吸附材料对金霉素的解吸量与吸附量呈正相关关系；生物质炭和硅藻土的吸附量随环境温度的升高而增加,解吸量随环境温度的升高而降低。Langmuir模型和Freundlich模型的拟合结果表明生物质炭和硅藻土对金霉素的吸附容量、吸附强度均随温度升高而增加,硅藻土对金霉素的吸附等温线呈“L”型,生物质炭对金霉素的吸附等温线随温度升高由“L”型逐渐趋于线型。玉米秸秆生物质炭和硅藻土对金霉素的吸附过程均为自发进行的、熵推动的吸热过程,主要吸附机制是物理吸附。 3.玉米秸秆生物质炭和硅藻土对金霉素的吸附量较大,而解吸率较低(解吸率在2.25%-6.99%之间),对金霉素有不错的去除效果。在低浓度条件下(50mg·L-1)玉米秸秆生物质炭和硅藻土对金霉素的去除效果相近,去除率均可达到90%以上；但在高浓度条件下(50-400mg.L-1),玉米秸秆生物质炭对金霉素的去除效果优于硅藻土。 4.金霉素溶液中钙离子强度能够密切影响两种吸附材料对金霉素的吸附和解吸,离子强度与金霉素在两种吸附剂上的吸附量呈极显著负相关,与解吸量和解吸率呈极显著正相关,离子强度对吸附量和解吸量的影响程度随金霉素初始浓度增加而增大。 5.生物质炭对溶液pH值有很强的缓冲能力,溶液初始pH在4-10范围内,对生物质炭吸附金霉素的影响不明显；硅藻土对碱性溶液(pH7)有一定的缓冲能力,硅藻土对金霉素的吸附量随溶液pH值的升高而增大。 【关键词】：金霉素 玉米秸秆生物质炭 硅藻土 吸附 解吸
【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：X131
【目录】：

• 摘要11-13
• ABSTRACT13-15
• 第一章 前言15-25
• 1.1 金霉素等四环素类抗生素的研究进展15-19
• 1.1.1 四环素类抗生素的性质15-16
• 1.1.2 四环素类抗生素的使用情况16-17
• 1.1.3 四环素类抗生素在环境中的残留水平17-18
• 1.1.4 四环素类抗生素的生态毒性18
• 1.1.5 四环素类抗生素在环境中的吸附行为18-19
• 1.2 生物质炭及其相关研究进展19-21
• 1.2.1 生物质炭的定义及特性19-20
• 1.2.2 生物质炭的研究现状20
• 1.2.3 生物质炭的吸附机理研究20-21
• 1.2.4 玉米秸秆在中国的生产利用情况21
• 1.3 硅藻土及其相关研究进展21-23
• 1.3.1 硅藻土的理化性质及应用21-22
• 1.3.2 硅藻土在水处理中的应用22-23
• 1.4 本研究的目的和意义23-25
• 第二章 材料与方法25-31
• 2.1 供试材料25-26
• 2.1.1 供试生物质炭25
• 2.1.2 供试硅藻土25-26
• 2.1.3 供试金霉素和其它化学试剂26
• 2.2 试验方法26-27
• 2.2.1 吸附试验26
• 2.2.2 上清液中金霉素浓度的测定26-27
• 2.3 试验设计27-29
• 2.3.1 金霉素在玉米秸秆生物质炭上的吸附解吸试验27-28
• 2.3.1.1 金霉素在玉米秸秆生物质炭上的吸附动力学试验27
• 2.3.1.2 金霉素在玉米秸秆生物质炭上的吸附解吸热力学试验27-28
• 2.3.1.3 离子强度对金霉素吸附解吸的影响28
• 2.3.1.4 pH值对金霉素吸附解吸的影响28
• 2.3.2 金霉素在硅藻土上的吸附解吸试验28-29
• 2.3.2.1 吸附动力学试验28
• 2.3.2.2 金霉素在硅藻土上的吸附解吸热力学试验28-29
• 2.3.2.3 离子强度对金霉素吸附解吸的影响29
• 2.3.2.4 pH值对金霉素吸附解吸的影响29
• 2.4 数据处理29
• 2.5 拟合模型与计算公式29-31
• 2.5.1 动力学的拟合模型29
• 2.5.2 吸附等温线的拟合模型29-30
• 2.5.3 热力学参数计算公式30-31
• 第三章 结果与讨论31-57
• 3.1 金霉素在玉米秸秆生物质炭上的吸附解吸特征31-44
• 3.1.1 金霉素在玉米秸秆生物质炭上的吸附动力学特征31-36
• 3.1.1.1 金霉素在玉米秸秆生物质炭上的吸附过程、平衡时间及其吸附去除31-33
• 3.1.1.2 固液比对金霉素在玉米秸秆生物质炭上吸附动力学的影响33-34
• 3.1.1.3 初始浓度对金霉素在玉米秸秆生物质炭上吸附动力学的影响34-35
• 3.1.1.4 玉米秸秆生物质炭对金霉素吸附动力学的模型拟合35-36
• 3.1.2 玉米秸秆生物质炭对金霉素的吸附解吸热力学36-40
• 3.1.2.1 金霉素在玉米秸秆生物质炭上吸附解吸等温线的特征36-37
• 3.1.2.2 温度对金霉素在玉米秸秆生物质炭上吸附特征的影响37-38
• 3.1.2.3 玉米秸秆生物质炭对金霉素吸附过程的热力学参数38
• 3.1.2.4 温度对金霉素在玉米秸秆生物质炭上解吸特征的影响38-40
• 3.1.3 离子强度对金霉素在玉米秸秆生物质炭上吸附解吸的影响40-43
• 3.1.3.1 离子强度对金霉素在玉米秸秆生物质炭上吸附作用的影响40-41
• 3.1.3.2 离子强度对金霉素在生物质炭上解吸作用的影响41-43
• 3.1.4 pH对金霉素在生物质炭上吸附解吸的影响43-44
• 3.2 金霉素在硅藻土的上吸附解吸特征44-57
• 3.2.1 金霉素在硅藻土上的吸附动力学特征44-48
• 3.2.1.1 金霉素在硅藻土上的吸附过程、平衡时间及其吸附去除率44-45
• 3.2.1.2 固液比对吸附动力学的影响45-46
• 3.2.1.3 金霉素的初始浓度对吸附动力学的影响46-47
• 3.2.1.4 吸附动力学的模型拟合47-48
• 3.2.2 硅藻土对金霉素的吸附热力学特征48-51
• 3.2.2.1 金霉素在硅藻土上的吸附解吸等温曲线48-49
• 3.2.2.2 温度对金霉素在硅藻土上吸附作用的影响49-50
• 3.2.2.3 硅藻土对金霉素吸附过程中的热力学参数50
• 3.2.2.4 温度对金霉素在硅藻土上解吸作用的影响50-51
• 3.2.3 离子强度对金霉素在硅藻土上吸附解吸的影响51-53
• 3.2.3.1 离子强度对金霉素在硅藻土上吸附的影响51-53
• 3.2.3.2 离子强度对金霉素在硅藻土上解吸作用的影响53
• 3.2.4 溶液pH值对金霉素在硅藻土上吸附作用的影响53-57
• 第四章 结论57-58
• 参考文献58-63
• 致谢63-65
• 攻读硕士学位期间发表文章65

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