金属氧化物增强多孔氮化硼吸附四环素类抗生素的研究

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人类对抗生素的大量使用和滥用导致它们不断地富集到水体环境中,使得地球上生物进行生命活动所需的水资源遭到了严重的破坏和污染,对生态环境可持续性、生物多样性以及人类公共健康安全构成了重大风险。因此,为了顺应当今世界可持续和绿色发展的趋势,有效解决目前水体环境中日益严重的抗生素污染问题已迫在眉睫。本文以开发经济高效且具有优异吸附性能的氮化硼(Boron Nitride,BN)基吸附剂应用于现实污染物治理为目的和出发点,制备了一系列新型的BN基吸附材料应用于吸附去除水体环境中的四环素类抗生素(Tetracycline antibiotics,TCs)。同时构建适用于抗生素高效吸附去除的BN基材料体系,促进其在环境治理科学中的应用。本文主要研究内容如下:(1)首先制备了一系列不同形貌的BN,而后依托于原始BN自身对金属阳离子的吸附作用,通过用Co(Ⅱ)离子溶液浸渍原始BN,经熟化和再退火等连续过程制备了CoO修饰的BN基材料。对比分析了不同形貌BN修饰前后对TCs的吸附效果,结果表明BN纤维这一类BN材料在吸附去除水体环境中的抗生素污染物方面更加具有应用潜力。同时证实了用CoO修饰BN这一方法对提升其吸附性能的有效性、可行性。CoO修饰的多孔BN纤维(CoO/P-BNFs)对初始浓度为100 mg/L的金霉素(Chlortetracycline,CTC)的吸附去除率达到了97.69%,是原始P-BNFs(46.08%)的2.1倍。分析了CoO修饰量、吸附接触时间、吸附质初始浓度和共存离子浓度等因素对CoO/P-BNFs吸附CTC的影响,评估了其回收再生及循环使用性能。CoO/P-BNFs经5次再生循环后,仍然对50和100 mg/L的CTC分别有着84.15%和66.12%的较高去除率。(2)为了改善CoO修饰BN过程中需要提供的N2再退火环境,进一步优化制备工艺,降低成本,制备了Cu O和Co3O4分别及共修饰的多孔BN纤维。分析了Cu O-Co3O4不同比例修饰量、吸附接触时间、吸附质初始浓度等因素对吸附行为的影响,评估了其再生及可重复使用性能。Cu O-Co3O4/P-BNFs对初始浓度为100 mg/L的强力霉素(Doxycycline,DC)的去除率达到了98.68%,对应的qe为493.41 mg/g,远好于原始P-BNFs及Cu O和Co3O4分别修饰的效果。Cu O-Co3O4/P-BNFs经5次再生后仍然对DC有着89.33%的优异去除率,仅比原始吸附剂下降了10%左右。最后通过借助数学模型拟合实验数据和相关文献报道分析了吸附机理。
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