【摘 要】
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近年来,随着经济社会的迅速发展,大量的废水也随之产生,排入废水中的抗生素和重金属离子大多数具有毒性,且它们的复合污染物的毒性更加严重,不仅对生态系统产生危害,而且还会诱导细菌产生耐药性从而威胁人类的生命健康。目前,针对抗生素和重金属单一污染的研究治理较多,而针对抗生素和重金属复合污染的研究相对较少。在诸多处理技术中,吸附法由于其操作简单、成本低廉、反应速度快等特点被广泛使用。本文以泰乐菌素(TYL
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近年来,随着经济社会的迅速发展,大量的废水也随之产生,排入废水中的抗生素和重金属离子大多数具有毒性,且它们的复合污染物的毒性更加严重,不仅对生态系统产生危害,而且还会诱导细菌产生耐药性从而威胁人类的生命健康。目前,针对抗生素和重金属单一污染的研究治理较多,而针对抗生素和重金属复合污染的研究相对较少。在诸多处理技术中,吸附法由于其操作简单、成本低廉、反应速度快等特点被广泛使用。本文以泰乐菌素(TYL)和铜离子为目标污染物,利用天然生物吸附剂壳聚糖和四氧化三铁(Fe3O4)为原材料,通过共沉淀和水热法制备了磁性壳聚糖粒子(MCNP),并通过SEM、FT-IR、XRD、Zeta电位和VSM等多种表征手段研究材料的理化性质。此外,将阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)包覆在磁性壳聚糖粒子表面,形成半胶束和吸附胶团,研究了SDS改性前后的磁性壳聚糖粒子对泰乐菌素和Cu(Ⅱ)在单一体系和复合体系下的吸附性能,结果如下:通过表征分析发现:壳聚糖负载在Fe3O4以后,粒子的粒径增大到150-200 nm,呈近似球状,形貌较均匀;在FT-IR中,Fe3O4的Fe-O振动峰以及壳聚糖的特征峰在磁性壳聚糖上都有出现,表明壳聚糖成功负载在Fe3O4上;在XRD中,磁性壳聚糖包含Fe3O4的6个特征衍射峰,佐证了制备的粒子中含有Fe3O4晶体;从Zeta电位分析中得出,pH大于3后溶液中的粒子带负电荷,对正电荷的TYL+、Cu2+和Cu+等有很强的静电作用;在VSM中,磁性壳聚糖的饱和磁化强度下降到31.2 emu/g,但仍有明显的磁性。对吸附性能的影响因素研究表明,SDS改性后在磁性壳聚糖表面形成的混合半胶束与泰乐菌素产生很强的疏水作用和静电作用,泰乐菌素的最大吸附量从26.32 mg/g提升到51.23 mg/g。pH=4是泰乐菌素吸附的最佳pH,pH=6是Cu(Ⅱ)吸附的最佳pH。pH<7.1时带负电荷的磁性壳聚糖通过静电作用吸附溶液中的TYL+,pH>7.1时磁性壳聚糖通过氢键和π-π电子供体受体相互作用吸附溶液中的TYL~0。随着Zn2+和K+浓度增加到0.1 mol/L,由于盐析作用,SDS改性后磁性壳聚糖对泰乐菌素的最大吸附量分别为65.19 mg/g和60.26 mg/g;随着K+浓度增加到0.1 mol/L时,由于高离子强度下Cu(Ⅱ)-Cu(Ⅱ)之间的静电斥力降低,SDS改性后磁性壳聚糖对Cu(Ⅱ)的最大吸附量达到50.74 mg/g;泰乐菌素的存在提高了Cu(Ⅱ)的吸附,SDS改性后磁性壳聚糖对Cu(Ⅱ)的最大吸附量从31.72 mg/g提升到45.63 mg/g,是因为泰乐菌素在Cu(Ⅱ)和磁性壳聚糖之间形成了桥接作用;添加序列方式中吸附能力排序为(MCNP-TYL)-Cu>(MCNP-Cu)-TYL>MCNP-(TYL+Cu)。同时,通过吸附解吸循环实验研究证明所开发的吸附材料均具有良好的磁分离性和再生性能。通过吸附动力学、吸附等温线的分析,发现准二级动力学模型可以较好地模拟单一体系和复合体系下泰乐菌素和Cu(Ⅱ)的吸附过程,表明化学吸附可能是吸附剂吸附泰乐菌素和Cu(Ⅱ)的主要速率限制步骤;Langmuir和Freundlich模型均能够较好地描述单一体系和复合体系下泰乐菌素的吸附过程,说明该吸附过程为均相与非均相的共同作用;Langmuir模型更适合模拟单一体系和复合体系下Cu(Ⅱ)的吸附过程,说明该吸附过程为均相作用。本文首次将SDS包覆的磁性壳聚糖应用在泰乐菌素和铜离子混合废水的吸附研究上,并且发现在复合体系下泰乐菌素在Cu(Ⅱ)和磁性壳聚糖之间形成了桥接作用,提高了Cu(Ⅱ)的吸附。自然界水环境中存在大量阴离子和阳离子,这些离子占据吸附剂的活性吸附位点,影响吸附剂的吸附,研究离子强度和背景电解质对泰乐菌素和Cu(Ⅱ)吸附的影响有很大的现实意义,本研究为泰乐菌素和铜离子混合废水的高效深度处理提供了一种新的方法。
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