活性炭對(duì)四環(huán)素的吸附，有限的氧氣條件下從原材料熱解產(chǎn)生的活性炭炭可以用作環(huán)境修復(fù)過(guò)程中的吸附劑。使用在300，500和700℃熱解的來(lái)自原材料的活性炭樣品作為吸附劑從水溶液中除去四環(huán)素。抗生素廣泛用于控制傳染病和作為促進(jìn)健康成長(zhǎng)的動(dòng)物飼料添加劑。這種廣泛的應(yīng)用顯著提高了抗生素在環(huán)境中的濃度。這是因?yàn)閯?dòng)物只吸收一部的劑量，然后大量的抗生素通過(guò)尿液和糞便排出到環(huán)境中。甚至可以在人類食物鏈中積累。此外，環(huán)境中持續(xù)存在的抗生素水平通過(guò)基因轉(zhuǎn)移，特別是抗生素促進(jìn)致病性細(xì)菌耐藥性。四環(huán)素是最廣泛使用的抗生素之一，并且通常在家畜工業(yè)中使用，其中廢水分析已經(jīng)顯示四環(huán)素濃度達(dá)到每升幾微克。

　　有許多方法可以用來(lái)抵制廢水和更廣泛的環(huán)境中的抗生素污染。這些通常可以歸類為采用高級(jí)氧化，電化學(xué)，生物劑，或吸附系統(tǒng)。吸附是限制抗生素污染的最有效手段之一，具有成本低，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。已經(jīng)使用吸附過(guò)程來(lái)去除大約30種類型的抗生素，其中污染水中mg/L濃度水平的去除效率在90-100%范圍內(nèi)。很多吸附劑已經(jīng)被證明可去除四環(huán)素，包括活性炭，碳納米管和膨潤(rùn)土有效。但是，這些材料價(jià)格昂貴，需要更低成本的替代品，特別是對(duì)于大規(guī)模的水處理操作，這次試用低成本原料來(lái)制作經(jīng)濟(jì)型活性炭，在300、500、700℃熱解獲得的活性炭分別測(cè)試四環(huán)素的吸附水平。

　　熱解獲得的活性炭表面包含非碳化分?jǐn)?shù)，其包括含O羧基，羥基和酚官能團(tuán)，其可以固定污染物。活性炭吸附劑已經(jīng)被證明是除去抗生素組分，包括四環(huán)素，磺胺類，頭孢噻呋和從含水環(huán)境的高效低成本材料。對(duì)于四環(huán)素濃度在50-1000mg / L范圍內(nèi)的分批實(shí)驗(yàn)活性炭對(duì)四環(huán)素的吸附容量為17mg / g。然而，活性炭的吸附能力取決于生物質(zhì)原料和熱解過(guò)程，因?yàn)檫@些因素會(huì)影響活性炭炭特性，例如表面積，表面官能團(tuán)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離子強(qiáng)度的影響。

　　吸附測(cè)試方法

　　活性炭對(duì)于四環(huán)素吸附實(shí)驗(yàn)以分批吸附模式進(jìn)行。使用純化水和甲醇制備四環(huán)素(100mg / L)儲(chǔ)備溶液，其中甲醇濃度<0.1%以使共溶劑對(duì)吸附過(guò)程的潛在作用最小化。在15,25和35℃的溫度下，在四環(huán)素濃度范圍為0.5至32mg / L時(shí)獲得吸附等溫線。將60mg活性炭和20ml四環(huán)素的溶液加入裝有塑料蓋的40ml棕色玻璃小瓶中。然后將小瓶在恒溫振蕩器中以150rpm振蕩24小時(shí)以達(dá)到平衡狀態(tài)。搖動(dòng)之后，將樣品以5000rpm離心10分鐘，然后用0.45μm的膜過(guò)濾上清液。上清液中四環(huán)素的濃度通過(guò)高效液相色譜，使用在355nm波長(zhǎng)下操作的C-18柱和分光計(jì)測(cè)量。同時(shí)制備對(duì)照樣品(不含活性炭)以評(píng)估吸附過(guò)程中四環(huán)素的任何損失。然而，在對(duì)照實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有觀察到四環(huán)素濃度的可測(cè)量變化。所有的實(shí)驗(yàn)一式三份進(jìn)行。

　　在另一系列的批次實(shí)驗(yàn)中，使用濃度為32mg / L的四環(huán)素，測(cè)定改變pH對(duì)活性炭對(duì)四環(huán)素吸附的影響。使用0.1mol / L的HCl或NaOH將溶液的pH調(diào)節(jié)至2.0,3.5,5.5,7.5和10.0。將稱取量的活性炭(60mg)加入到20mL四環(huán)素溶液中。實(shí)驗(yàn)重復(fù)三次。

　　圖1.來(lái)自原料熱解的活性炭的變換紅外(FTIR)光譜分析。

　　活性炭對(duì)于四環(huán)素吸附

　　活性炭樣品上四環(huán)素的吸附等溫線如圖1所示。吸附數(shù)據(jù)顯示與Langmuir和Freundlich模型都很好，R 2系數(shù)高于0.919 。對(duì)于Freundlich模型中的參數(shù)，不同樣品的n值相近(0.53-0.62)，小于1，說(shuō)明吸附是濃度依賴性過(guò)程。反映樣品吸收四環(huán)素能力的K f的值在700℃熱解產(chǎn)生的活性炭中最高。q max表示的趨勢(shì)Langmuir模型中的值也表明吸附容量隨著熱解溫度的增加而增加。計(jì)算最大吸附容量在大約11,834-14,157mg / kg的范圍內(nèi)。表面積是已知的是影響活性炭的吸附能力的一個(gè)重要因素，尤其在去除四環(huán)素的情況下。這在本研究中得到證實(shí)，活性炭樣品的表面積(S BET)與q e值顯著正相關(guān)。在較高的熱解溫度下，活性炭樣品的表面積增加，吸附能力增加。

　　圖2.活性炭上四環(huán)素的吸附等溫線。吸附溫度是(A)15℃，(B)25℃和(C)35℃。

　　pH值的影響

　　不同pH值條件下不同活性炭樣品的吸附量見(jiàn)圖3。在所有pH條件下，四環(huán)素吸附容量隨著熱解溫度而增加。對(duì)于所有的樣品，隨著pH的增加，樣品的吸附能力先增加后下降，這與以前的研究一致。該溶液的pH值通過(guò)改變活性炭和四環(huán)素[表面電荷的影響的吸附過(guò)程。四環(huán)素是兩性的，根據(jù)pH可以是陽(yáng)離子(pH <3.3)，兩性離子(3.3 7.7)。以前的研究評(píng)估自稻草衍生活性炭的等電點(diǎn)為3和4之間。因此，當(dāng)溶液pH值為2時(shí)，活性炭表面帶正電荷。但是，增加pH會(huì)導(dǎo)致活性炭表面帶負(fù)電荷。當(dāng)pH在3.3-7.7范圍之外時(shí)發(fā)生靜電排斥，導(dǎo)致在這些pH值下吸附能力降低。

　　圖3. pH對(duì)活性炭吸附四氯化碳的吸附能力的影響。四環(huán)素溶液濃度為32mg / L。數(shù)值是三重均值±SD。字母表示處理之間在p <0.05水平上的顯著差異。

　　這項(xiàng)研究表明，在500和700°C熱解的活性炭在從水溶液中去除四環(huán)素方面效率相對(duì)較高。700°C熱解樣品的高吸附容量歸因于四環(huán)素分子與活性炭的表面之間相對(duì)較高的表面積和EDA相互作用。熱力學(xué)分析表明四環(huán)素在活性炭上的吸附是熱力學(xué)上有利和自發(fā)的，ΔH和ΔS隨熱解溫度升高。溶液的pH也影響吸附過(guò)程，在pH = 5.5時(shí)發(fā)生最大吸附容量。總的來(lái)說(shuō)，通過(guò)熱解原材料生成的活性炭炭為從水中去除四環(huán)素的低成本方法提供了有希望的選擇，并且可以用于減輕來(lái)自牲畜農(nóng)場(chǎng)的廢水的四環(huán)素污染。然而，重要的是要澄清，這項(xiàng)研究是基于水溶液，廢水的矩陣相對(duì)復(fù)雜，所以實(shí)際應(yīng)用需要進(jìn)一步調(diào)查。

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