木質(zhì)素基多孔碳材料的制備及其吸附分離水中四環(huán)素的應(yīng)用研究.pdf

1、四環(huán)素類抗生素（TC）是一種應(yīng)用廣泛的高效廣譜類抗生素，在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)和畜牧業(yè)中大量用作飼料添加劑，導(dǎo)致水體中殘留含量嚴(yán)重超標(biāo)，并通過食物鏈系統(tǒng)進(jìn)入人體，促進(jìn)細(xì)菌耐藥性的傳播，危害公眾健康。因此高效分離水環(huán)境中四環(huán)素類抗生素殘留是一個(gè)亟待解決的問題。吸附法由于成本低，操作性強(qiáng)，且不會(huì)造成二次污染，已經(jīng)成為去除水環(huán)境中殘留四環(huán)素類抗生素的最常用方法。然而，目前常用吸附劑的吸附量較低而且吸附速率緩慢，不能滿足實(shí)際需求。多孔碳材料因其高比表面積

2、，可調(diào)的孔道結(jié)構(gòu)，豐富的表面官能團(tuán)以及較高的化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為在吸附分離四環(huán)素類抗生素方面具有很大的應(yīng)用前景，但是高昂的制備成本限制了多孔碳材料的使用。因此，開發(fā)一種經(jīng)濟(jì)環(huán)保的制備方法，利用可再生資源制備性能優(yōu)異的多孔碳材料非常重要。本研究主要內(nèi)容包括：
　　⑴以SLS作為碳源，通過預(yù)碳化與KOH活化等步驟制備得到含有大量微孔結(jié)構(gòu)且對水環(huán)境中的TC具有超高吸附性能的多孔碳材料。本實(shí)驗(yàn)研究了實(shí)驗(yàn)條件包括碳化物與KOH的物料比和活

3、化溫度（T）對產(chǎn)物性能的影響，進(jìn)而確定最優(yōu)吸附性能產(chǎn)物的制備實(shí)驗(yàn)條件。結(jié)果顯示，在活化溫度為850 oC，物料比為1：4的實(shí)驗(yàn)條件下合成的比表面積和孔體積分別為2805.8 m2/g和1.45 cm3/g的多孔碳材料LCA-850-4對TC的平衡吸附量最大，在298 K時(shí)，吸附量高達(dá)1172.7 mg/g，遠(yuǎn)高于其他報(bào)道中的吸附量，同時(shí)也說明SLS預(yù)碳化產(chǎn)物與KOH物料比為4和活化溫度為850 oC的實(shí)驗(yàn)條件是最佳實(shí)驗(yàn)條件。另外，溶液p

4、H值對LCA-850-4的吸附量影響較小，在較寬的pH范圍內(nèi)，LCA-850-4對TC始終保持優(yōu)秀的吸附性能，說明LCA-850-4的吸附性能穩(wěn)定可以適用于復(fù)雜的吸附環(huán)境。根據(jù)靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果，準(zhǔn)二級動(dòng)力學(xué)模型和Langmuir吸附等溫線模型可以很好地分別對動(dòng)力學(xué)和等溫線數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，而且溫度升高有利于吸附進(jìn)行。另外，再生性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過三次吸附-解析附循環(huán)實(shí)驗(yàn)后，LCA-850-4對TC的吸附量仍然保持較高水平，移除率僅下降12

5、.6％，說明LCA-850-4可以多次循環(huán)使用。熱力學(xué)參數(shù)研究則表明吸附過程為自發(fā)吸熱過程。在LCA-850-4對TC的強(qiáng)吸附作用中主要涉及到范德華力，π-πEDA作用以及靜電相互作用。由此可看出，展現(xiàn)出快速吸附動(dòng)力學(xué)、超高平衡吸附量以及優(yōu)異再生性能的LCA-850-4在污水處理方面具有很大應(yīng)用價(jià)值。
　?、埔詢r(jià)格低廉的天然礦物埃洛石（HNTs）為硬模板劑，SLS為碳源，通過硬模板法和KOH活化法，制備得到結(jié)構(gòu)新穎的木質(zhì)素基多級孔

6、碳材料（LTCA）。表征結(jié)果顯示，HNTs的加入使得介孔含量增加，是形成多級孔道結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵并且很大程度上提高了LTCA的比表面積（2320 m2/g）和孔體積（1.342 mL/g），從而提升了對TC的吸附性能。靜態(tài)吸附研究結(jié)果說明在298 K時(shí)，LTCA對TC的平衡吸附量高達(dá)1297.0 mg/g，溫度升高，平衡吸附量增加；吸附過程屬于Langmuir均勻吸附；準(zhǔn)二級動(dòng)力學(xué)模型可以很好地描述LTCA吸附TC的動(dòng)力學(xué)行為。根據(jù)顆粒內(nèi)擴(kuò)散

7、模型的擬合結(jié)果，吸附過程中粒子擴(kuò)散并不是唯一的限速步驟。熱力學(xué)分析認(rèn)為整個(gè)吸附過程是自發(fā)且吸熱的。另外，根據(jù)再生性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，LTCA作為吸附劑具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和再生性能，可以滿足實(shí)際需求。
　?、且猿杀镜停兹コ臒o機(jī)鹽氯化鈉（NaCl）作為硬模板，SLS作為碳源，通過硬模板法與KOH活化法成功制備出含有大量微孔結(jié)構(gòu)的碳納米片（LTCA-NaCl）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，由于硬模板NaCl的作用使得大量碳納米片結(jié)構(gòu)形成進(jìn)而導(dǎo)致具

8、有超高比表面積（3504.8 m2/g）和總孔體積（1.997 mL/g）的LTCA-NaCl顯示出了對TC的非凡吸附性能，具體表現(xiàn)在高平衡吸附量，快速的吸附動(dòng)力學(xué)以及良好的再生性能。靜態(tài)吸附結(jié)果顯示，在298 K時(shí)，LTCA-NaCl對TC的平衡吸附量高達(dá)1613.63 mg/g，Langmuir吸附等溫模型和準(zhǔn)二級動(dòng)力學(xué)模型可以很好地描述吸附行為。熱力學(xué)研究結(jié)果表明，LTCA-NaCl對TC的吸附過程是自發(fā)進(jìn)行的吸熱過程。綜上所述，