PVA-SA基凝胶球材料的制备及其对水中抗生素的吸附研究

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由于抗生素在由致病性细菌和非致病性细菌引起的疾病治疗中得到广泛使用,因此引起了广泛的关注。它们在地表水,地下水和环境土壤中的污染正在增加。过量使用抗生素已导致抗生素抗性细菌(ARB)和抗性基因(ARG)的出现,这对人类健康构成了严重威胁。近年来,抗生素作为一种新型有机微污染物受到越来越多的关注,常规污水处理工艺难以对水中残留的抗生素类物质进行有效去除,因此,探究有效去除水中抗生素污染物的方法具有十分重要的现实意义。吸附法作为一种非常高效以及简单操作的方法,被广泛应用于去除水中有机污染物,对于抗生素的去除具有很好的前景。吸附法的重点在于吸附剂的选取。常用于吸附抗生素的吸附剂有活性炭、石墨烯、树脂等。但这些方法存在诸如分离困难、循环性能差、处理效率不高等问题。本研究以聚乙烯醇-海藻酸钠(PVA-SA)为基,通过包埋粉末活性炭、磁性Fe3O4粒子以及共包埋的方法分别制备了C@PVA-SA、Fe3O4@PVA-SA和C-Fe3O4@PVA-SA三种凝胶球,用于水中抗生素类污染物的吸附。结果如下:(1)借助SEM、FTIR、BET、XRD和VSM等手段对三种凝胶球材料进行表征可以得出,凝胶球粒径约为1.5 mm,成球效果好,表面粗糙,含有丰富的官能团。包埋了磁性Fe3O4粒子制成的两种磁性凝胶球可以实现磁分离。(2)在酸性条件随着温度升高、抗生素初始浓度增加、接触时间增加有利于增加凝胶球的吸附量;吸附剂投加量增加,抗生素的去除率会上升。三种凝胶球吸附剂,通过8次循环使用,凝胶球可以保持球形结构,保持一定的吸附量,具有良好的可重复利用性能。(3)通过吸附动力学模型和吸附等温模型拟合结果表明,C@PVA-SA吸附剂符合准一级模型,以物理吸附为主;Fe3O4@PVA-SA符合准二级模型,以化学吸附为主;C-Fe3O4@PVA-SA吸附剂物理吸附与化学吸附并存。PVA-SA基凝胶球吸附剂更符合Langmuir模型,为单层分子吸附为主。在35℃的条件下,C@PVA-SA、Fe3O4@PVA-SA和C-Fe3O4@PVA-SA三种凝胶球吸附剂对于TC的最大吸附量分别为24.334 mg/g、63.685 mg/g、264.057 mg/g;C-Fe3O4@PVA-SA对SMX、TMP和CIP的最大吸附量为47.188 mg/g、59.649 mg/g和96.468 mg/g。(4)通过竞争性吸附实验看出,C-Fe3O4@PVA-SA凝胶球吸附剂具备可以同时吸附水中多种抗生素污染物的能力。并且在实验室纯水、自来水以及二沉池出水中均有较高的去除率,有良好的实际水体应用前景。
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