钴氧化物/生物炭复合材料的制备及其对盐酸四环素吸附性能的研究

• 作 者: 孙艳
• 机 构: 湖南大学
• 出 处: 湖南大学
• 发表日期: 2020年期
• 关键词: 废水处理

伴随着现代医疗卫生事业持续高质量的发展，抗生素由于具备抑制细菌生长或杀死细菌的功能而被广泛地应用于疾病的预防与治疗当中，其中盐酸四环素常被用于流行性斑疹伤寒、恙虫病、回归热、霍乱等疾病的防治,但值得指出的是，应用不慎的盐酸四环素极易对环境造成污染并在环境中累积从而引发一系列生态毒理效应。眼下，净化抗生素废水的方法主要有膜处理技术以及吸附法等，其中吸附法因具有高效、经济且环保等优点而受到广泛关注。基于以上，本研究制备了钴氧化物/生物炭复合材料，通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、傅里叶红外光谱分析(FT-IR)等表征手段分析了材料特性，并以盐酸四环素为目标污染物，分析了其对盐酸四环素的吸附性能以及热力学、动力学特征，并对吸附机理做了探讨，本研究的主要内容与结论如下：
　　(1)本研究中以废弃的核桃壳为原始材料使用高温煅烧的方法制备了核桃壳生物炭Y，在此基础上，通过控制六水氯化钴与Y的比例制备出不同的钴氧化物/生物炭复合材料Y1、Y2、Y3以及Y4(CoCl2.6H2O的质量与生物炭的质量之比分别为0.3、0.5、0.7、0.9)。利用TEM、SEM、FT-IR等一系列表征手段对上述材料进行了表征与分析，结果表明，钴氧化物/生物炭复合材料主要由生物炭以及钴的氧化物所构成，钴氧化物颗粒较为均匀地分布于生物炭基质中且堆叠形成孔隙结构，另外，通过对比钴氧化物/生物炭复合材料对盐酸四环素吸附前后的傅里叶红外光谱发现，-OH、苯环骨架、C-O-C以及Co=O等均在吸附过程发挥了重要作用。
　　(2)考察了上述所制备材料对盐酸四环素的吸附效果并以Y2为例对影响其吸附过程的因素以及其吸附过程与机理进行了探究。结果显示，Y对盐酸四环素的吸附效果并不显著，仅为12.83mg/g，但钴氧化物/生物炭复合材料对盐酸四环素的去除效果较好，且随着钴含量的增加其对盐酸四环素的最大吸附量呈现出增加的趋势：Y1、Y2、Y3以及Y4对TC的最大吸附量分别为56.52，139.78，144.31，151.43mg/g。随着溶液pH的增加，钴氧化物/生物炭复合材料对盐酸四环素的吸附量呈现出先增加后降低的趋势，当pH为6时最有利于吸附的进行(qe=154.86mg/g)。吸附动力学与吸附等温模拟结果显示，钴氧化物/生物炭复合材料对盐酸四环素的吸附符合准二级吸附动力学与Langmuir等温模型，粒内扩散模型的分析证明其对盐酸四环素的吸附分为快速吸附与慢速吸附阶段。热力学模型分析的结果表明，钴氧化物/生物炭复合材料对盐酸四环素的吸附过程为自发吸热过程，这说明适当提高环境温度将有利于吸附过程更加高效地进行，这一结论也与实验中对温度对吸附效果影响的探究结果相一致。
　　(3)材料具备一定循环使用性能。以Y2为例，本研究中采用0.1%的NaOH溶液对其进行了解析，经过三次循环实验后其对盐酸四环素的去除率仍超过50%。