壳聚糖-生物炭对典型抗生素在单一和复合溶液中的吸附行为与机理OA北大核心CSTPCD

本研究选择壳聚糖作为改性剂对水稻秸秆生物炭进行改性,通过批量吸附试验探究了原始生物炭(BC)和壳聚糖-生物炭复合材料(CHBC)对溶液中单一或复合存在的典型抗生素四环素(TC)或磺胺甲噁唑(SMX)的吸附性能,并结合多种表征技术探究其对抗生素的吸附机理。结果表明:壳聚糖增加了生物炭表面氨基(-NH_(2))、羟基(-OH)和羧基(-COOH)等活性官能团,显著提升了生物炭对抗生素的吸附能力,其中CH_(1)BC(即壳聚糖与生物炭初始质量比为1∶1)展现出最佳的吸附性能,它对TC和SMX的最大吸附量较BC提升了2.63倍和3.74倍。随着溶液pH的增加,生物炭对抗生素的吸附量逐渐下降,这是由于随pH增加,生物炭和抗生素表面负电荷增多,使它们之间的静电排斥作用增大所导致的。此外,随着溶液温度的升高,生物炭对抗生素的吸附量也增加,热力学分析表明CH_(1)BC吸附抗生素的过程是自发吸热易发生的。生物炭对抗生素复合溶液的吸附试验结果表明,BC和CH_(1)BC对复合溶液中TC与SMX的吸附量较单一溶液中有所下降,其中,TC的吸附量下降较少,而SMX的吸附量下降尤为显著,说明TC与SMX在生物炭上的吸附存在竞争关系,且TC的吸附优先级更高,这主要是TC与SMX自身的分子结构、pKa和溶解性不同造成的。通过对吸附后的生物炭再次表征证明了氢键作用和π-π作用是壳聚糖生物炭吸附抗生素的主要机理。