活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭对四环素的吸附，有限的氧气条件下从原材料热解产生的活性炭炭可以用作环境修复过程中的吸附剂。使用在300，500和700℃热解的来自原材料的活性炭样品作为吸附剂从水溶液中除去四环素。抗生素广泛用于控制传染病和作为促进健康成长的动物饲料添加剂。这种广泛的应用显着提高了抗生素在环境中的浓度。这是因为动物只吸收一部的剂量，然后大量的抗生素通过尿液和粪便排出到环境中。甚至可以在人类食物链中积累。此外，环境中持续存在的抗生素水平通过基因转移，特别是抗生素促进致病性细菌耐药性。四环素是最广泛使用的抗生素之一，并且通常在家畜工业中使用，其中废水分析已经显示四环素浓度达到每升几微克。

　　有许多方法可以用来抵制废水和更广泛的环境中的抗生素污染。这些通常可以归类为采用高级氧化，电化学，生物剂，或吸附系统。吸附是限制抗生素污染的最有效手段之一，具有成本低，设计简单，操作简单等优点。已经使用吸附过程来去除大约30种类型的抗生素，其中污染水中mg/L浓度水平的去除效率在90-100%范围内。很多吸附剂已经被证明可去除四环素，包括活性炭，碳纳米管和膨润土有效。但是，这些材料价格昂贵，需要更低成本的替代品，特别是对于大规模的水处理操作，这次试用低成本原料来制作经济型活性炭，在300、500、700℃热解获得的活性炭分别测试四环素的吸附水平。

　　热解获得的活性炭表面包含非碳化分数，其包括含O羧基，羟基和酚官能团，其可以固定污染物。活性炭吸附剂已经被证明是除去抗生素组分，包括四环素，磺胺类，头孢噻呋和从含水环境的高效低成本材料。对于四环素浓度在50-1000mg / L范围内的分批实验活性炭对四环素的吸附容量为17mg / g。然而，活性炭的吸附能力取决于生物质原料和热解过程，因为这些因素会影响活性炭炭特性，例如表面积，表面官能团和孔隙率。其他工作已研究了溶液的pH值和活性炭的抗生素吸附的离子强度的影响。

　　吸附测试方法

　　活性炭对于四环素吸附实验以分批吸附模式进行。使用纯化水和甲醇制备四环素(100mg / L)储备溶液，其中甲醇浓度<0.1%以使共溶剂对吸附过程的潜在作用最小化。在15,25和35℃的温度下，在四环素浓度范围为0.5至32mg / L时获得吸附等温线。将60mg活性炭和20ml四环素的溶液加入装有塑料盖的40ml棕色玻璃小瓶中。然后将小瓶在恒温振荡器中以150rpm振荡24小时以达到平衡状态。摇动之后，将样品以5000rpm离心10分钟，然后用0.45μm的膜过滤上清液。上清液中四环素的浓度通过高效液相色谱，使用在355nm波长下操作的C-18柱和分光计测量。同时制备对照样品(不含活性炭)以评估吸附过程中四环素的任何损失。然而，在对照实验中没有观察到四环素浓度的可测量变化。所有的实验一式三份进行。

　　在另一系列的批次实验中，使用浓度为32mg / L的四环素，测定改变pH对活性炭对四环素吸附的影响。使用0.1mol / L的HCl或NaOH将溶液的pH调节至2.0,3.5,5.5,7.5和10.0。将称取量的活性炭(60mg)加入到20mL四环素溶液中。实验重复三次。

　　图1.来自原料热解的活性炭的变换红外(FTIR)光谱分析。

　　活性炭对于四环素吸附

　　活性炭样品上四环素的吸附等温线如图1所示。吸附数据显示与Langmuir和Freundlich模型都很好，R 2系数高于0.919 。对于Freundlich模型中的参数，不同样品的n值相近(0.53-0.62)，小于1，说明吸附是浓度依赖性过程。反映样品吸收四环素能力的K f的值在700℃热解产生的活性炭中最高。q max表示的趋势Langmuir模型中的值也表明吸附容量随着热解温度的增加而增加。计算最大吸附容量在大约11,834-14,157mg / kg的范围内。表面积是已知的是影响活性炭的吸附能力的一个重要因素，尤其在去除四环素的情况下。这在本研究中得到证实，活性炭样品的表面积(S BET)与q e值显着正相关。在较高的热解温度下，活性炭样品的表面积增加，吸附能力增加。

　　图2.活性炭上四环素的吸附等温线。吸附温度是(A)15℃，(B)25℃和(C)35℃。

　　pH值的影响

　　不同pH值条件下不同活性炭样品的吸附量见图3。在所有pH条件下，四环素吸附容量随着热解温度而增加。对于所有的样品，随着pH的增加，样品的吸附能力先增加后下降，这与以前的研究一致。该溶液的pH值通过改变活性炭和四环素[表面电荷的影响的吸附过程。四环素是两性的，根据pH可以是阳离子(pH <3.3)，两性离子(3.3 7.7)。以前的研究评估自稻草衍生活性炭的等电点为3和4之间。因此，当溶液pH值为2时，活性炭表面带正电荷。但是，增加pH会导致活性炭表面带负电荷。当pH在3.3-7.7范围之外时发生静电排斥，导致在这些pH值下吸附能力降低。

　　图3. pH对活性炭吸附四氯化碳的吸附能力的影响。四环素溶液浓度为32mg / L。数值是三重均值±SD。字母表示处理之间在p <0.05水平上的显着差异。

　　这项研究表明，在500和700°C热解的活性炭在从水溶液中去除四环素方面效率相对较高。700°C热解样品的高吸附容量归因于四环素分子与活性炭的表面之间相对较高的表面积和EDA相互作用。热力学分析表明四环素在活性炭上的吸附是热力学上有利和自发的，ΔH和ΔS随热解温度升高。溶液的pH也影响吸附过程，在pH = 5.5时发生最大吸附容量。总的来说，通过热解原材料生成的活性炭炭为从水中去除四环素的低成本方法提供了有希望的选择，并且可以用于减轻来自牲畜农场的废水的四环素污染。然而，重要的是要澄清，这项研究是基于水溶液，废水的矩阵相对复杂，所以实际应用需要进一步调查。

本文链接：http://www.hyhxt.net/hangye/hy581.html

查看更多分类请点击：公司资讯    行业新闻    媒体报导    百科知识