四环素（tetracycline,TC）是一种易于溶解但难以自然降解的广谱性抗生素。由于其在人体健康护理以及兽药中的广泛使用,因此在地表水和地下水中已被广泛检出。令人担忧的是其对水环境和人体健康的负面影响也逐渐见诸报道,因此寻求合适的去除TC的方法就尤为重要。吸附法是处理TC废水的一种有效的方法。吸附法的核心是吸附剂,如何研发一种高效的去除TC的吸附剂则是目前的研究的一个热点。市政污泥是一种重要的污水处理产物,其产量大而且处理困难,因此目前对市政污泥的处理也是研究人员关注的热点之一。值得注意的是市政污泥由于其碳含量相对丰富且产量大,因此将其制备成生物炭既可以为污泥的处理提供新思路又可以实现这种潜在资源的循环利用。本文通过研究新型的污泥基生物质炭的研发,努力克服其现有不足,对多种改性方法以及改性材料进行研究,对合成的材料进行系统地研究,并将其应用于TC废水的处理中,全文内容分为以下3部分内容进行。第一部分内容中,以市政污泥为基体材料,以KOH活化制备出活性生物炭,再以纳米Fe/Cu对其表面进行,最终得到了一种高活性的吸附剂。批次实验表明其对水中的TC去除的效果良好,在Fe:Cu=5:3的最适摩尔比下,复合材料的去除量可达最大即386.93 mg/g。动力学结果表明吸附过程复合伪二级动力学;等温线结果表面吸附过程是一个化学吸附的过程,温度越高越有利于吸附。各类表征手段、等温线、动力学和热力学的讨论表明这种材料对TC的去除性能是涉及许多机制的,包括物理吸附、氢键结合、π-π交互、络合和电子转移。第二部分研究通过ZnCl₂活化和FeS表面改性合成了一种新型的铁基污泥基吸附材料。在其对TC废水去除中,采用各种表征手段对吸附剂在吸附前后具体结构的变化以及表面变化进行了表征。并且通过将实验数据代入各种数学模型进行拟合,分析了复合材料去除TC的机制。此外,通过添加外源离子考察复杂水体对吸附的影响,并对天然水中TC的去除影响以及对合成材料可回收性问题进行了研究。结果表明,在FeS最佳添加量下,298 K时其对水中TC的饱和吸附量为174.06 mg/g,效果优异。动力学结果表明吸附过程复合伪二级动力学;等温线结果表面吸附过程是一个化学吸附的过程,温度越高越不利于吸附。此外,扩散机制的分析认为TC在复合材料上的扩散复合颗粒内扩散模型。真实水体的影响在研究中同样也进行了探索,结果发现,黄河水中,TC的吸附量有所下降,但是仍可维持相当高的吸附量,证明研发的材料具有可实际应用性。详细的机制可以归因于孔隙填充、π-π叠加、氢键结合、离子交换、络合、静电吸引力等等。并且,虽然复合材料在天然水体中对TC的吸附量略有下降,但仍可维持较高的吸附量。第三部分研究中采用壳聚糖和Fe/S改性,制备了一种新型的高分子改性复合污泥基生物炭。研究中着重对比了单纯的生物炭与复合材料吸附行为的异同,并对吸附前后材料的表征、吸附动力学、吸附等温线和吸附热力学进行了讨论。结果表明,在298 K时,单纯生物炭对水中TC的饱和吸附量仅为51.78 mg/g,而改性后的材料对水中四环素的饱和吸附量可高达183.01 mg/g。扩散分析表明生物炭的吸附符合膜扩散模型,而复合材料的吸附符合颗粒内扩散模型。对各类表征结果的分析表明静电吸引、π-π叠加、孔隙充填、硅酸盐键结合和氢键结合是生物炭吸附TC的机制。除了上述吸附机制外,复合材料吸附TC的机制还包括配位体作用和离子交换。生物炭表面与所合成的材料表面有着极大的差异,吸附位点分布情况极大不同,并且表面均匀度也有极大差别,这正是二者吸附TC差异的一个重要原因之一。本研究中对污泥基生物质炭的开发做了大量的研究并对吸附机制进行了详述。研究结果可为吸附剂的设计和吸附机制的研究提供参考。对于下一阶段的研究将会着眼于材料对其他大类抗生素的去除以及对实际废水的治理效果,作者希望能够通过实际工程的应用为所研发的材料提供一个合理的出路,为市政污泥的回收利用提供一个行之有效的措施。