改性污泥基生物质炭的制备及其对培氟沙星的吸附研究

来源 :湖南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jiangmingjie
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抗生素污染是全球面临的一个重要环境问题,目前已经对人类的生产生活造成了严重危害,近年来越来越多的学者开始对抗生素的去除进行研究。本研究采用城市污泥制备污泥基生物炭SBC,并采用氧化石墨烯、酸碱溶液和零价纳米铁对其进行改性制备得到氧化石墨烯改性生物炭GO-SBC、酸碱改性生物ASBC和零价纳米铁改性生物NZVI-SBC,并采用现代表征手段(BET、SEM、FTIR、XPS)进行表征分析。通过静态吸附实验探究不同生物炭对培氟沙星的吸附性能,最后通过吸附动力学、吸附等温模型以及吸附热力学拟合,借助FTIR和XPS对生物炭吸附培氟沙星的吸附机理进行研究,得到以下结论:(1)成功制备得到GO-SBC、ASBC和NZVI-SBC,改性后GO-SBC对培氟沙星的吸附容量是为改性生物炭SBC吸附容量的1.4倍;ASBC是SBC的1.8倍;NZVI-SBC是SBC的2.1倍。表征分析结果表明:改性后的生物炭表面变得蓬松、粗糙、多孔,比表面积显著增加。FTIR结果表明改性后的生物炭表面的含氧官能团得到增加,并出现了新的含氧官能团。XPS分析发现改性后的生物炭的C/O从SBC的0.94增加到GO-SBC的2.17,ASBC的C/O比则降低为0.66,NZVI-SBC则增加大量Fe,这些数据均表明氧化石墨烯、酸碱和铁成功的负载在了污泥基生物炭表面,增加了大量吸附位点和含氧官能团。(2)批量实验结果表明:生物炭对培氟沙星的吸附平衡时间为1440min;最佳投加量为0.1g/L;最佳p H为6.0左右;最佳初始浓度为350mg/L,最佳环境温度为318 K。在最佳条件下SBC的吸附容量为958.34 mg/g;GO-SBC的吸附容量为1174.19 mg/g;ASBC的吸附容量为1215.05 mg/g;NZVI-SBC的吸附容量为2521.2mg/g。(3)生物炭对培氟沙星的吸附过程均与伪二阶动力学拟合较好,伪二阶动力学模型更加适合描述整个吸附过程,表明整个吸附过程的吸附速率受化学吸附机理的控制。但不同生物炭对培氟沙星的吸附初速率h不同,SBC、GO-SBC、ASBC和NZVI-SBC对应的吸附初速率分别为2.19、3.49、5.82和5.85 g/(mg·min)。SBC对培氟沙星的吸附等温拟合,Langmuir、Freundlich和Temkin模型拟合相关系数大于0.94,表明SBC对培氟沙星的吸附即发生了了单层吸附也存在多层吸附,即存在化学吸附也存在静电吸附,以多层化学吸附为主;GO-SBC、ASBC和NZVI-SBC在Freundlich和Temkin模型拟合;表明其对培氟沙星的吸附主要是多层化学吸附,但也存在相互静电作用。吸附热力学研究表明生物炭对培氟沙星的吸附是自发放热反应。(4)吸附前后的FTIR和XPS结果表明,生物炭表面的含氧官能团的能量,谱发生了变化,表明在吸附过程中含氧官能团参与了与培氟沙星发生了反应,吸附过程中也可能存在着π-πEDA相互作用。
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