樹脂吸附去除水中抗生素的行為與機(jī)理.pdf

1、摘 要摘 要在 我 國 ，抗 生素濫 用情 況越 來越嚴(yán) 重 ，由此 帶 來 的環(huán) 境風(fēng) 險(xiǎn) 也越 來越 明顯 。本 論文針對(duì) 四環(huán) 素 類 和磺 胺類 這兩類 典型 的抗 生素 ，選 用 超 高交 聯(lián) 吸 附樹 脂 M N -200 和N D A -150 、氨 基 修飾樹 脂 M N -150 和 M N -100 、大 孔 吸 附樹脂 X A D -4 和 活性炭 F -400進(jìn)行 吸 附行 為與機(jī)理 的研 究 ，為抗 生素廢水

2、的治理與資源化提供 理論依據(jù) 。 主要研 究內(nèi)容 如 下 ：1. 四環(huán) 素 類 和 磺 胺 類 抗 生素 的吸 附研 究通 過靜態(tài) 動(dòng) 力學(xué) 實(shí)驗(yàn)研 究表 明， 四環(huán) 素和磺 胺類 抗 生素動(dòng) 力 學(xué) 擬合 結(jié) 果 都符 合 準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)( R 2 >0. 99)，孔徑是控制吸附過程速率的主要因素，以中大孔為主的樹脂X A D -4 達(dá) 到 吸 附平 衡 的 時(shí) 間最短 ，而 以微 孔 為 主 的活 性 炭 F -400 吸 附平

3、 衡 時(shí) 間最 長 ，具 有 中大 孔和微 孔 的超 高交聯(lián) 吸 附樹 脂 M N -200 和氨 基 修飾 樹 脂 M N -150 所 需 時(shí) 間介于 兩 者 之 間 。進(jìn)行靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)考察了水質(zhì)與水環(huán)境因素對(duì)吸附過程和機(jī)理的影響： （ l)pH 值的影響：通過調(diào)節(jié)四環(huán)素和磺胺類抗生素溶液 pH 值并進(jìn)行 比較發(fā)現(xiàn) ，當(dāng)吸附質(zhì)抗生素分子 以多種形態(tài)存在于溶液 中時(shí)， 其 中性形式所 占的百分 比越大 ， 樹脂吸 附量也越大， 表明吸

4、附質(zhì)與樹脂骨架之間的分子作用力(如 7 1 - 7 T - ED A 作用力和疏水效應(yīng))對(duì)吸附的貢獻(xiàn)大于功能基團(tuán)之間的作用力的貢獻(xiàn) ；（ 2) 離子強(qiáng)度的影響：調(diào)節(jié)這兩種抗生素溶液 中的 N aC l含量 ，發(fā)現(xiàn)樹 脂 吸 附量 隨著 離子 強(qiáng)度 的升 高而 升 高 ，表 明鹽析 效應(yīng) 和靜 電效應(yīng) 促進(jìn) 了吸 附 。同時(shí)在 這個(gè) 過程 中 ，對(duì) 吸 附前 后 的樹脂 進(jìn) 行 紅外表 征 ，表 明吸附過程 中存在氫鍵 、靜 電效應(yīng)和 T

5、 w i共軛 ；(3) 溫度 的影響 ：在 288K 、303K 和 313K下 進(jìn) 行 靜 態(tài) 平 衡 吸 附實(shí)驗(yàn) ，對(duì) 吸 附等溫 線 進(jìn)行 擬 合 ，發(fā) 現(xiàn) 抗 生 素 在 樹 脂 上 的靜 態(tài) 平 衡吸附數(shù)據(jù)用 Fr eundl i ch 方程能夠很好的擬合( R 2 〉 0. 99)， 發(fā)現(xiàn)樹脂 X A D - 4 的K d值隨著溫 度 的升 高而 下 降 ，說 明其 主 要 吸 附作用 力 為疏 水 效 應(yīng) ；樹 脂 M N

6、 -200 的在 整 個(gè) 吸 附過 程 中對(duì) 兩種 吸 附質(zhì) 的吸 附量 最 大 ， 說 明高 的 比表 面 積 和雙 孔 分 布 是 影 響樹 脂 吸 附能力 的關(guān) 鍵 因素 ； 樹脂 M N -200 的吸 附 能 力 強(qiáng) 于 M N -150 的 主 要 原 因是 因 為 其 比表 面 積高于后 者 ，同時(shí)也 說 明 M N -150 表 面 的氨 基 基 團(tuán)對(duì) 吸 附過程 沒有 構(gòu) 成 關(guān)鍵 作 用 ；樹 脂M N -200 的

7、吸 附 能力 強(qiáng) 于 X A D -4 和 F -400 是 源 于 其 雙 峰 孔 分 布 。2 . 抗 生 素 的 動(dòng) 態(tài) 吸 附脫 附研 究靜態(tài) 脫 附表 明 ，脫 附劑 氫氧 化 鈉 對(duì) 四環(huán) 素 和 磺 胺 類 抗 生 素 的脫 附效果 都 不 佳 ，這是 因?yàn)闃?脂 表 面 的功 能基 團(tuán)對(duì) 吸 附過程 的作用 并 不 大 ， 同時(shí)也 表 明吸 附過 程 化 學(xué) 吸 附的貢獻(xiàn) 很 小 。 乙醇 對(duì) 樹 脂 的脫 附效 果 較

8、 好 ，尤 其 是 對(duì) 樹 脂 X A D -4 ，這 也 就 進(jìn) 一 步 證明 了分 子 間的作用 力對(duì) 吸 附 的貢 獻(xiàn) 大 。 但對(duì) 主要 吸 附作用 為微 孔 填 充 效應(yīng) 的活性 炭 來A b strac tA b str a c tIn our count ry,extensi vel y appl i cati ons of ant i bi ot i cs are l i ne w i t h i ncreasi nge

9、nvi ronm ent alri sk .A i m i ng att he t ypi calant i bi ot i cs ( tet racycl i ne and sul fonam i deant i bi ot i cs)， t he adsorpt i on behavi ors on hyper-crossl i nked resi ns (M N - 200,N D A -150),am i nat ed resi

10、 ns ( M N -100,M N -150),m acroporous resi n X A D -4 and act i vat ed carbonF - 400 w ere st udi ed i n t hi spaper,w hi ch coul d of fer t heoret i calsupporti n t reat i ng andrecycl i ng anti bi oti cs w ast ew at

11、er.T he m ai n st udy cont ents w ere l i st ed as fol l ow s：1.A dsor pti on of t et racycl i ne and sul fonam i de ant i bi ot i cs ont o t he four resi nsT he resul t s of st at i c adsorpt i on k

12、i net i cs show ed t he adsorpti on dat a of t et racycl i ne andsul fonam i de ant i bi ot i cs w ere fi t t ed t o t he pseudo-second-order ki neti c m odelby nonl i nearregr ess i on ( R2 〉 0. 99) ， i ndi cat i

13、 ng t he por e si ze w ast he m ai n ef f ecton t he ads or pt i on rat e.T he equi l i bri um t i m e for m esoporous resi n X A D -4 w as t he short est,w hi l e t he equi l i bri umt i m e for F - 400 w a

14、s t he l ongestbecause of i ts hi gh m i croporosi t y.T he equi l i bri um t i m es forM N -2 0 0 an d M N -15 0 w ere b etw een th o se fo r F -4 0 0 an d X A D -4 b e cau se o f th eir b im o d alpore

15、si ze dist ri buti on.T he eff ectof sol uti on chem i st ry on t he adsorpt i on behavi or and m echani sm had beenst udi ed by st at i c adsor pti on experi m ent s i n t hi s paper:(1)t he ef fectof pH :i tw as

16、foundt hatt he hi gher percent ages of neut ralspeci es i n t he sol uti on,t he m ore adsorpt i on am ountof tet racycl i ne and sul fonam i de anti bi oti cs on t he adsorbents,w hi ch i ndi cated t hecontri bution o

17、f force betw een t h e m olecul es (such as 兀 - 兀 -E D A i nteraction ,hydrophobicef fects)w as st ronger t han t hose bet w een t he f uncti onalgroups on t he adsorpt i on process;(2) the ef fectof i on concent rati

18、on :adsorption am ounts i ncreased w i t h the rise of sodi umchl ori de concent rati on.T hi s m i ghtl argel y resul tfrom t he w el l - know n sal ti ng outef fectand el ectrost at i c i nteracti on s.A nd i n this

19、process,t he IR spect ra of resi n s show edhydrogen bondi ng,el ect rostat i c ef fectand 兀 -兀conjugate m ade greatcont ri but i on t o t headsorpti on process;(3)t he ef fectof tem perat ure:adsorpt i on i sot herm s

20、 of ant i bi ot i cs onr esi nscoul d be bet t erf i t t ed w i t h Fr eundl i ch m odel( R 2 >0. 99).A nd t he adsor pt i oncoeffi ci ent(K d)of X A D -4 decreased w i t h t he ri se of tem p erat ure,w hi ch show e

21、d t hehydrophobi c ef fectpl ayed a m ai n rol e on t he adsorpt i on process.T he adsorpti on am ountofthose tw o anti bi oti cs on t he M N -2 00 w as largest.It w as observed thatthe h i gh surface areaand bi