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马铃薯秸秆活性炭的制备及其对水体中典型抗生素的吸附去除研究

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马铃薯秸秆活性炭的制备及其对水体中典型抗生素的吸附去除研究

作者：郭家磊兰州大学

学位级别：硕士

抗生素是一类具有生物累积性、生物活性、难生物降解性的新型有机污染物。抗生素在生产、生活中被频繁使用并经多种途径持续进入环境,近年来在水体、土壤等环境介质中检出频率和检出浓度不断升高。抗生素具有“假”持久性,在环境中诱导... 详细信息

抗生素是一类具有生物累积性、生物活性、难生物降解性的新型有机污染物。抗生素在生产、生活中被频繁使用并经多种途径持续进入环境,近年来在水体、土壤等环境介质中检出频率和检出浓度不断升高。抗生素具有“假”持久性,在环境中诱导产生大量的耐药性病原菌,对人类健康和生态环境安全造成严重的危害。活性炭是一种具有相对密度低、比表面积大、机械强度较高、耐酸碱、孔隙结构发达等众多优点的多孔材料,被广泛应用于环境污染治理、电化学、催化反应等。活性炭作为吸附剂用于去除水体中的抗生素是最佳选择之一,但活性炭成本高昂、不易回收,吸附速率和吸附量有待提高。本论文针对水体中抗生素污染问题,以农业废弃物—马铃薯秸秆为原料,采用炭化和氯化锌化学活化法,优化制备条件与方法,并结合表征手段和初步吸附实验,制备、筛选出性能最佳的活性炭材料,在此基础上系统考察了筛选出的活性炭对超纯水配水及实际污水中典型抗生素的吸附去除性能。主要研究结论如下:(1)经筛选和优化,确定氯化锌与马铃薯秸秆质量比为2:1,温度600℃,煅烧1 h为制备的最佳条件。在最佳条件下制备的马铃薯秸秆活性炭(PAC)以介孔为主,比表面积和孔容较高,分别达1237.61 m/g和0.9930 cm/g;氮气吸附-解吸等温线符合(40)型等温线。PAC主要为无定型结构,表面含有羟基、羧基等多种含氧官能团。由于加入氯化锌后马铃薯秸秆生物质中有机物挥发量增大,PAC与未经活化制得的活性炭(PW)相比,其表面官能团具有明显的变化。(2)以磺胺二甲基嘧啶(SMZ)、磺胺甲恶唑(SMX)、环丙沙星(CIP)和诺氟沙星(NOR)为代表性抗生素污染物,在超纯水配水条件下,在25℃时,PAC对SMZ、SMX、CIP和NOR的最大饱和吸附量分别为98.94 mg/g、91.70 mg/g、103.34 mg/g和103.34 mg/g。相对于磺胺类抗生素,PAC对氟喹诺酮类抗生素具有更好的吸附性能。PAC对四种抗生素的吸附过程符合准二级动力学和Sips模型。吸附热力学研究表明吸附是以物理吸附为主的自发、吸热过程。NaCl和CaCl的加入促进了PAC对NOR和CIP的吸附,NaCl和CaCl对PAC吸附去除SMZ几乎没有影响。CaCl对PAC吸附SMX具有抑制作用。腐殖酸(HA)对PAC吸附水体中氟喹诺酮类抗生素影响较小,对PAC去除磺胺类抗生素具有抑制作用。酸性条件下抗生素更容易被PAC吸附去除。(3)通过改变PAC投加量、反应时间、抗生素初始浓度、温度及pH值等,研究在生活污水中环境条件对PAC吸附去除抗生素的影响。相同条件下,PAC投加量和吸附平衡时间对不同抗生素的吸附去除具有明显的差异。对于SMZ,PAC投加量为40 mg时,平衡时间为420 min,去除率为95.4%;对于SMX,PAC投加量为120 mg时,平衡时间为30 min,去除率为96.3%;对于CIP和NOR,PAC投加量为25 mg时,平衡时间为120 min,去除率分别为96.0%和97.5%。对于SMZ、SMX、CIP和NOR,溶液pH值为3时,去除率分别为98.9%、98.7%、99.6%和99.8%;在强酸性溶液中PAC依然具有很好的吸附性能。且在pH为3.0到9.0范围内PAC均能够很好的吸附去除实际污水中的抗生素。PAC对生活污水中的溶解性有机质(DOM)具有明显的去除作用,吸附后水体中DOM荧光强度明显降低。

关键词：活性炭抗生素吸附去除水体马铃薯秸秆

重金属镉对UV/H_2O_2在不同水体中降解恩诺沙星的影响

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兰州大学学报（自然科学版） 2018年第3期54卷 303-309页

作者：郭家磊李蕊宁谢晓芸兰州大学资源环境学院甘肃省环境污染预警与控制重点实验室兰州730000

研究了UV/H_2O_2高级氧化体系对恩诺沙星(ENRO)的去除效果以及镉离子(Cd^(2+))对ENRO降解的影响和机理.结果表明,UV/H_2O_2工艺可以有效去除水体中ENRO,光降解过程符合一级反应动力学模型.H_2O_2投加量分别为0.1和1.6 mmol/L时,ENRO在... 详细信息

研究了UV/H_2O_2高级氧化体系对恩诺沙星(ENRO)的去除效果以及镉离子(Cd^(2+))对ENRO降解的影响和机理.结果表明,UV/H_2O_2工艺可以有效去除水体中ENRO,光降解过程符合一级反应动力学模型.H_2O_2投加量分别为0.1和1.6 mmol/L时,ENRO在超纯水和黄河水中光降解速率常数分别为0.078 8和0.085 6min^(-1);在UV/H_2O_2体系中,Cd^(2+)促进ENRO在黄河水中的光降解,对ENRO在超纯水中的光降解产生抑制作用,随着Cd^(2+)质量浓度增大,抑制作用减弱.

关键词：光降解重金属 UV/H2O2 恩诺沙星黄河水

酸碱改性生物炭对水中磺胺噻唑的吸附性能研究

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环境科学学报 2017年第11期37卷 4119-4128页

作者：李蕊宁王兆炜郭家磊赵夏婷李艳谢晓芸兰州大学资源环境学院甘肃省环境污染预警与控制重点实验室兰州730000

以马铃薯茎叶为原料,采用限氧裂解法制备生物炭,通过H2SO4和KOH处理制备酸、碱改性生物炭.应用比表面积法(BET)、扫描电镜(SEM)和红外光谱(FTIR)研究了改性前后3种生物炭的结构与性质,并通过单因素实验研究了吸附时间、温度、磺胺噻唑... 详细信息

以马铃薯茎叶为原料,采用限氧裂解法制备生物炭,通过H2SO4和KOH处理制备酸、碱改性生物炭.应用比表面积法(BET)、扫描电镜(SEM)和红外光谱(FTIR)研究了改性前后3种生物炭的结构与性质,并通过单因素实验研究了吸附时间、温度、磺胺噻唑初始浓度、p H值等因素对原始及酸碱改性3种生物炭吸附磺胺噻唑效果的影响,初步探讨了吸附机制.结果表明,3种生物炭对磺胺噻唑的吸附行为符合准二级动力学方程;酸改性生物炭对磺胺噻唑的吸附等温线符合Temkin模型,原炭和碱改性生物炭的吸附等温曲线符合Freundlich模型.酸改性极大的提高了生物炭对磺胺噻唑的吸附能力,最大吸附量为7.69 mg·g-1,是原炭吸附量的2.4倍;溶液p H对3种生物炭吸附磺胺噻唑影响不明显.热力学研究表明,酸改性生物炭对磺胺噻唑的吸附为自发的吸热反应.FTIR分析表明,酸改性生物炭表面有更多含氧官能团,为磺胺噻唑的吸附提供了吸附点.氢键、范德华力及偶极距力作用对生物炭吸附磺胺噻唑起到主要作用.

关键词：生物炭酸碱改性磺胺噻唑吸附

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污水处理固体废弃物污泥的处置方法研究

再生资源与循环经济 2021年第2期14卷 39-40,44页

作者：郭家磊肖一帆李小燕王杰华夏碧水环保科技有限公司河南郑州450008

从生活污水处理工艺出发介绍污泥产生的环节,探究污泥传统处置方法和资源化处置方法,同时对污泥源头减量化方法做了详细论述,最后分析了污泥处置成本的影响因素,对污泥环保处置提供参考与帮助。

关键词：污水固体废弃物污泥处置

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村镇生活污水处理现状及发展方向

价值工程 2020年第12期39卷 86-87页

作者：张勇郭家磊邵建斌王杰华夏碧水环保科技有限公司郑州450008

随着村镇经济的快速发展,及人们对环境治理越来越重视,村镇生活污水越来越成为人们关注的对象。文章介绍了我国村镇污水的处理现状、污水特点、处理技术及未来的发展方向。

关键词：村镇生活污水处理技术处理现状发展方向

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生活污水生物脱氮技术影响因素研究

价值工程 2020年第11期39卷 215-216页

作者：吴新年郭家磊郭倩倩王杰华夏碧水环保科技有限公司郑州450008

随着我国经济的飞速发展及人口的增长,生活污水对环境的破坏越来越严重。氮元素的去除是生活污水污水处理中的关键技术。本文介绍了部分环境因素对生活污水生物脱氮技术的影响,主要有温度,溶解氧,pH,游离态氨和游离态亚硝酸浓度等。

关键词：生物脱氮温度溶解氧 pH 游离态氨游离态亚硝酸

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污水处理厂臭气处理方法分析

再生资源与循环经济 2019年第7期12卷 38-40页

作者：杨传忠荣中原廖庆花郭家磊王杰华夏碧水环保科技有限公司河南郑州450008

介绍了几种污水处理厂常用的臭气处理方法,主要有物理法、化学法和生物法。分析了不同方法在工程中应用的优缺点及适用情况。在实际工程应用中要根据臭气量、臭气成分及运行成本控制等制定不同的方法。

关键词：污水处理站除臭物理法化学法生物法

高浓度难降解发酵类制药废水无害化处理及应用

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再生资源与循环经济 2019年第6期12卷 38-40页

作者：张传兵荣中原徐亚慧郭家磊王杰华夏碧水环保科技有限公司河南郑州450008

针对高浓度难降解发酵类制药废水,采用气浮沉淀技术+铁碳微电解+臭氧氧化+末端催化氧化系统+动态水解+高效耐毒厌氧反应器+A/O工艺+复合催化氧化系统+臭氧氧化处理工艺,从提高废水可生化性和降解性入手,采用多种组合工艺对该废水进行处... 详细信息

针对高浓度难降解发酵类制药废水,采用气浮沉淀技术+铁碳微电解+臭氧氧化+末端催化氧化系统+动态水解+高效耐毒厌氧反应器+A/O工艺+复合催化氧化系统+臭氧氧化处理工艺,从提高废水可生化性和降解性入手,采用多种组合工艺对该废水进行处理,从而实现废水的环保达标排放。

关键词：发酵废水无害化应用

人工智能时代高校教师角色认同困境及突破路径

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黑龙江高教研究 2025年第2期 102-108页

作者：李佳谭英磊哈尔滨工业大学上海民航职业技术学院

随着教育技术的飞速发展，智慧教育的普及为教学带来了诸多便利，但致使部分高校教师感到自身传统角色价值受到挑战，产生了角色认同迷茫，主要表现为智能赋能引领高校教师角色朝着多元化方向演变、技术依赖导致高校教师角色定位趋于模... 详细信息

随着教育技术的飞速发展，智慧教育的普及为教学带来了诸多便利，但致使部分高校教师感到自身传统角色价值受到挑战，产生了角色认同迷茫，主要表现为智能赋能引领高校教师角色朝着多元化方向演变、技术依赖导致高校教师角色定位趋于模糊、多重期待影响高校教师角色塑造，其根源在于高校教师教育观念滞后导致角色目标价值不清、技术整合挑战致使角色智能素养欠缺、评价体系滞后造成角色转变动力不足。高校教师正身处一个由智慧赋能、技术依赖、多重期待共同编织的角色认同困境中，亟须通过自我反思、专业成长、外部支持等途径，重新定位角色价值，明确职责边界，实现个人与职业的和谐发展。

关键词：人工智能高校教师角色认同