不同结构吸附树脂对典型抗生素类有机物的吸附行为与机理

抗生素是新型有机污染物，是当前研究热点。其生物毒性大，易破坏生态平衡，广泛存在于污水与自然水体中。目前国内外未见采用树脂法系统研究抗生素类污染物的吸附行为与机理。本研究旨在原有工作基础上，首先通过采用不同致孔剂和交联剂制备具有丙烯酸结构和碱性表面功能基团的新型吸附树脂；然后选择多种具有不同结构的商业吸附树脂为参比，考察4种典型抗生素类有机污染物的溶液温度、浓度、pH值以及无机盐等水质因素对树脂吸附行为的影响，同时交叉应用红外谱图、核磁共振谱图、X光电子能谱等分析方法深入探讨典型抗生素类有机物分子在树脂表面的吸附机理；最后运用新的研究成果指导合成和筛选出效率更高的新型吸附树脂，开发经过优化的吸附树脂对典型抗生素类污染物废水的吸附-脱附工艺。为解决抗生素类有机污染物的治理问题提供新思路和新材料，为进一步加深和拓宽吸附树脂在水污染控制领域的应用，并为引领新型树脂研究和走向产业化打下基础。

本项目针对四大类抗生素的典型代表为研究对象，即磺胺吡啶，四环素，诺氟沙星和泰乐菌素，选用超高交联树脂MN-200、NDA-150；氨基修饰树脂MN-150、MN-100；大孔树脂XAD-4；商用活性炭F-400；商用多壁碳纳米管MWCNT等为吸附剂进行吸附行为与机理的研究。. 通过研究典型抗生素类污染物溶液的温度、浓度、pH值以及无机盐等水质影响因素的变化来探明树脂吸附剂对吸附质的吸附行为和机理。静态动力学实验比较了不同吸附质在同等条件下的吸附量。通过调节抗生素溶液性质研究发现，当吸附质抗生素分子以多种形态存在于溶液中时，其中性形式所占的百分比越大，其在吸附剂上的吸附量也越大，表明吸附质与树脂骨架之间的分子作用力对吸附的贡献大于功能基团之间的作用力的贡献；树脂吸附量随着离子强度的升高而升高，表明盐析效应和静电效应促进了吸附。在不同温度下，对于磺胺吡啶、四环素和诺氟沙星，超高交联树脂的吸附量最高且随着温度的升高而升高。对于泰乐菌素的吸附，带有较大微孔面积的高比表面积树脂吸附量较低，而大孔树脂XAD-4的吸附量却最高。树脂MN-200的在整个吸附过程中对吸附质的吸附影响最大。. 在探明机理的基础上，运用新的机理指导开发经过优化的吸附树脂对典型抗生素类污染物废水的吸附-脱附工艺。动态吸附过程研究表明，1000 mg/L为磺胺嘧啶钠优选上样浓度、2000 mg/L为四环素优选上样浓度以及选择3000 mg/L为诺氟沙星优选上样浓度。在三种抗生素的优选上样浓度时，它们的优选上样流速为1.0 mL/min。室温下，乙醇可以较好地洗脱吸附饱和的树脂MN-202，脱附流速控制在2.0BV/h较佳。而对于诺氟沙星，脱附流速控制在4.0BV/h较佳。MN-202超高交联树脂对各种抗生素具有良好的吸附能力，可以多次重复再生使用。本项目围绕上述研究在Chemical Engineering Journal，Journal of Colloid and Interface Science，Industrial & Engineering Chemistry Research等国内外著名期刊共发表SCI源期刊论文9篇，EI收录论文1篇，申请发明专利2项，其中1项已获得授权。本项目的研究成果可以为决策者在思考水资源危机问题和水危机的战略应对措施时提供科学依据。