生物炭负载二氧化锰对水中强力霉素的去除及其机理研究

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近年来,由于自然环境中不断发现有抗生素的存在并且抗生素会对生态环境造成影响,使得抗生素污染已成为全世界公众关注的问题。抗生素在自然环境中有可能会改变其中微生物的群落结构,这会对自然生态系统有所冲击。这是因为当抗生素在长期暴露在环境中时,可能诱导形成具有抗生素抗性的细菌。抗生素的主要来源包括工业生产,医院废物和生活污水。抗生素被广泛用于改善人类健康,预防和治疗感染。由于强力霉素具有可变的物理化学性质和复杂的结构,导致它们在水环境中有复杂的变化,使得它们难以从自然水环境中去除。吸附法作为一种快速,有效,经济和环保的方法,在废水处理以及从水生环境中去除抗生素方面引起了较大的关注。在该研究中,将负载氧化锰(MnOx)纳米颗粒的生物炭用于去除水中的强力霉素(DOX)。通过使用MnCl2/KMnO4/NaOH预处理生物质后烧制生物炭的方式在生物炭表面插入MnOx超细颗粒来合成生物炭复合材料(PMBC)。负载MnOx的生物炭对强力霉素具有优异的吸附性能。PMBC的吸附容量为104 mg/g,约为原始生物炭吸附容量的10倍(11.48 mg/g)。本研究中使用SEM,TEM,XRD,FI-IR,BET表面积和ZETA电位等表征方法来测量PMBC。并且还研究了原始溶液的pH,吸附时间,溶液初始浓度,温度,离子强度和背景电解质等几个实验条件对吸附过程的影响。表征的结果表明PMBC比原始生物炭具有更好的表面结构和更丰富的表面官能团。PMBC对DOX的主要吸附机制是表面络合,氢键作用,π-π建作用和静电相互作用。PMBC去除DOX的过程中还涉及了DOX的降解。在复杂的水环境中,重金属的存在可能会影响抗生素的去除。Cu(II)和Cr(VΙ)用于研究对DOX去除效果的影响。当Cu(II)的存在时,由于Cu(II)桥接效应的存在,明显增强了对DOX的吸附能力。而当Cr(VΙ)存在时,通过竞争吸附和静电排斥使得DOX的去除效果被抑制。结果表明,PMBC可以作为一种经济有效且环保的吸附剂用于从水中除去DOX。重金属离子的共存可明显增强或削弱对DOX的去除效果。
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