碳酸钾改性废弃烟头衍生多孔炭吸附水体中氯霉素的研究

作     者：薛壮壮 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：文嘉;谭石勇

授予年度：2022年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：吸附 氯霉素 烟头 碳酸钾改性 多孔炭材料 

摘      要：随着社会的快速发展,抗生素已被广泛应用到我们的日常生活中,便利人类生活的同时,也给我们的生态环境带来了负面影响。氯霉素,一种广谱抗菌剂,因其有效的杀菌性,在医疗临床、畜牧养殖、水产养殖等领域大规模应用。氯霉素具有较强的毒性副作用,对我们的生态环境影响较大。目前,吸附法因其操作简单和可回收利用,在抗生素素污染方面有不错的应用前景,而开发高吸附性能、低成本的吸附材料是吸附法的关键。烟头,一种常见的生活固体废弃物,其主要成分为醋酸纤维酯,可充当多孔炭吸附材料的前驱体。因此,本研究选择废弃烟头作为炭前驱体,碳酸钾作为改性剂,成功制备了碳酸钾改性烟头衍生多孔炭KCBC,运用各种表征手段研究了KCBC的材料表面特性,并通过吸附实验探索了氯霉素在KCBC上的吸附行为和吸附机理。研究结果表明,碳酸钾改性后的KCBC表面更加光滑,具有较高的比表面积(1421.27 m g)和丰富的三维网状微孔结构。未改性的CBC对氯霉素基本不吸附,而改性后的KCBC对氯霉素展现出良好的吸附性能,吸附量高达450.13 mg g。通过吸附等温线、吸附动力学和吸附热力学等模型对吸附数据进行拟合,用于讨论氯霉素在KCBC上的吸附行为。吸附等温线结果显示,氯霉素在KCBC上更加符合Langmuir等温模型,表明属于单分子层吸附;吸附动力学结果显示,伪一级和伪二级动力学模型均能很好地解释动力学数据,表明氯霉素在KCBC上的吸附受到物理和化学吸附的共同作用;通过吸附热力学结果可以看出,KCBC对氯霉素的吸附过程是一个自发的、吸热的、熵增的反应过程。另外,在探究溶液p H和富里酸共存体系的影响实验中,氯霉素在KCBC上的吸附量随p H值和富里酸浓度的增加而减小;尽管碱性p H和富里酸的存在不利于吸附的进展,但吸附量仍保持在较高水平。吸附机理研究表明,氯霉素在KCBC的吸附主要由物理吸附(孔隙填充、静电相互作用)和化学吸附(π-π相互作用和氢键相互作用)共同起作用。氯霉素的解吸再生实验发现,甲醇可以有效地洗脱氯霉素,5次循环利用后,KCBC后仍保持着高吸附性能。最后,本研究选择了其他几种常见抗生素(盐酸四环素、磺胺甲恶唑、甲硝唑、环丙沙星等)来验证材料的广适性,结果表明KCBC对其他抗生素废水也展现了优异的吸附性能。总之,KCBC的优异吸附性能为废弃烟头的资源化利用和含抗生素废水处理,提供了一种新的思路。