＊王凱 趙丹 欒天 王琪 趙玥 隋麗麗

（沈陽醫(yī)學(xué)院 遼寧 110034）

現(xiàn)代工業(yè)化發(fā)展迅猛，各個領(lǐng)域?qū)股刂苿┑氖褂迷桨l(fā)廣泛，從而導(dǎo)致大量抗生素或者其代謝物排放到生態(tài)環(huán)境中，造成了嚴重的環(huán)境污染，由于四環(huán)素類抗生素具有價格低廉、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、廣譜抗菌和治療效果好等而被廣泛使用[1-2]。大多數(shù)四環(huán)素通過動物的汗液、尿液、糞便等具有活性的原型藥物形式排出，造成水體污染，對人類健康和生態(tài)系統(tǒng)平衡都產(chǎn)生了負面的影響，因此，如何找到最直接、成本低、操作流程簡單的方法有效去除污水中的四環(huán)素刻不容緩[3-4]?；瘜W(xué)降解和物理吸附是人們最常用的方法：化學(xué)降解一般為氧化降解，使用催化劑、光降解和膜生物反應(yīng)器等，這些方法存在成本高、去除不徹底和產(chǎn)生毒副產(chǎn)物的缺點[5-6]；物理吸附是利用分子篩、活性炭、生物炭、凝膠、高分子聚合材料等多孔材料來吸附去除水體中抗生素[7-8]，具有操作簡單、成本低、毒副產(chǎn)物少[9]的特點。

我國是中藥大國，黃芪作為傳統(tǒng)補氣中藥，是一種常規(guī)用藥，使用量超大，藥房熬制完的中藥廢渣無處存放，堆積的結(jié)果是造成嚴重的環(huán)境污染[10]。本研究從可持續(xù)發(fā)展的環(huán)保宗旨出發(fā)，以黃芪中藥渣為原材料制備黃芪廢渣磁性碳化吸附劑，用于去除水中的污染物四環(huán)素，探索吸附劑用量、四環(huán)素初始濃度、溶液pH 和震蕩時間等對黃芪廢渣磁性碳化吸附劑吸附四環(huán)素的影響，并研究其吸附動力學(xué)，對有效去除城市污水中的四環(huán)素具有一定的參考價值。

1.實驗材料和制備方法

(1)實驗原料

四環(huán)素標準純品（AMX、C16H19N3O5S）；黃芪廢渣；FeCl3·6H2O 等。

(2)黃芪廢渣磁性碳化吸附劑的制備

先制備氯化鐵飽和溶液，然后將粉碎后的黃芪廢渣加入，混合均勻，將混合物放入坩堝以恒定110 ℃烘干，烘干后的固體再粉碎成細粉，在室溫條件下將裝有粉末的剛玉坩堝置于管式爐中，先通入1 h 氮氣，然后將管式爐升溫至700 ℃，焙燒2 h 后停止加熱降至室溫，再關(guān)閉氮氣。氯化鐵飽和溶液和黃芪廢渣的混合物焙燒后變成硬塊，利用粉碎機粉碎，過100 目篩，用密封袋封閉備用。黃芪廢渣磁性碳化吸附劑用HC 標記。

(3)吸附單因素實驗

取一支離心管，量取一定體積的四環(huán)素溶液，用分析天秤稱取一定量的黃芪廢渣磁性碳化吸附劑（HC）加入到溶液中，進行震蕩，反應(yīng)完畢取一定體積的溶液，經(jīng)過離心處理，測其吸光度A 值。

吸附率和吸附量計算公式：

式中，C0為初始四環(huán)素濃度，mg/L；Ct為t 時刻溶液中的四環(huán)素濃度，mg/L；V 為溶液體積，mL；m 為黃芪廢渣磁性碳化吸附劑（HC）質(zhì)量，g；Q 為吸附量，mg/g。

(4)吸附動力學(xué)實驗

稱取一定質(zhì)量的碳化吸附劑材料加入到50 mL 四環(huán)素溶液中，置于恒溫水浴振蕩器中振蕩，定時取樣，離心后取上層清液測定吸光度值，計算其吸附率。

2.結(jié)果與討論

(1)吸附單因素實驗

①黃芪廢渣磁性碳化吸附劑（HC）加入量的影響

鹽酸四環(huán)素溶液濃度為100.0 mg/L，震蕩攪拌60 min，吸附劑投放量分別為1.0 g/L、1.50 g/L、2.0 g/L、2.50 g/L、3.0 g/L、3.50 g/L，考察吸附劑用量對黃芪廢渣磁性碳化吸附劑（HC）吸附四環(huán)素的影響，其實驗結(jié)果見圖1。由圖1 可知，吸附劑為1.0 g/L 時，吸附率是40.6%，當(dāng)吸附劑增加到2.50 g/L 時，吸附率提高到88.1%，之后吸附率趨向平穩(wěn)，所以吸附劑添加量在2.50 g/L 為宜。

圖1 吸附劑用量對四環(huán)素吸附率的影響

②初始四環(huán)素濃度對黃芪廢渣磁性碳化吸附劑（HC）吸附四環(huán)素的影響

吸附劑用量為2.50 g/L，震蕩攪拌60 min，考察四環(huán)素初始濃度對黃芪廢渣磁性碳化吸附劑（HC）吸附四環(huán)素的影響，考察的溶液初始濃度范圍在40.0～200.0 mg/L 之間，實驗結(jié)果見圖2。從圖2 可知，四環(huán)素初始濃度對黃芪廢渣磁性碳化吸附劑（HC）吸附四環(huán)素的影響很大，提高濃度吸附率隨之增大，濃度140 mg/L 時，吸附率為90%，隨后即使提升溶液濃度吸附率也沒發(fā)生明顯的變化。

圖2 四環(huán)素初始濃度對四環(huán)素吸附率的影響

③溶液初始pH 值對黃芪廢渣磁性碳化吸附劑（HC）吸附四環(huán)素的影響

在四環(huán)素溶液初始濃度為140 mg/L，吸附劑為2.50 g/L，震蕩攪拌60 min 的實驗條件下，考察了pH值變化對黃芪廢渣磁性碳化吸附劑（HC）吸附四環(huán)素的影響，溶液的pH 值依次調(diào)整為 3.07、4.05、5.6、6.4、7.05，實驗結(jié)果如圖3 所示，增加四環(huán)素溶液初始pH 值，對其吸附率有顯著的影響，pH 值5.6 時吸附率可達94.1%。

圖3 四環(huán)素溶液初始pH 值對四環(huán)素吸附率的影響

④震蕩時間對黃芪廢渣磁性碳化吸附劑（HC）吸附四環(huán)素的影響

在四環(huán)素溶液濃度為140 mg/L，pH 值為5.6，吸附劑用量為2.50 g/L 的實驗條件下，通過對吸附反應(yīng)時間的考察（見圖4），發(fā)現(xiàn)溶液中的四環(huán)素濃度在前50 min 迅速下降，吸附率升高，當(dāng)接觸時間達到50 min 時，再延長時間，吸附率沒有發(fā)生明顯的提升，趨于平穩(wěn)，因此最佳吸附平衡時間設(shè)定在50 min。

圖4 震蕩時間對四環(huán)素吸附率的影響

(2)吸附動力學(xué)研究

常用的動力學(xué)模型是偽一級動力學(xué)模型和偽二級動力學(xué)模型，實驗數(shù)據(jù)進行擬合計算的結(jié)果見圖5，四環(huán)素初始濃度為140.0 mg/L 時，0.125 g 的黃芪廢渣磁性碳化吸附劑（HC）對四環(huán)素的實際吸附量測定值為52.696 mg/g，相比之下，與偽二級動力學(xué)得到的理論吸附量53.361 mg/g 非常相近，而且相關(guān)系數(shù)（R2）（偽二級動力學(xué)模型）更接近1，說明黃芪廢渣磁性碳化吸附劑（HC）對水體中四環(huán)素的吸附過程很復(fù)雜，是物理吸附與化學(xué)吸附共同作用的結(jié)果[11]。

圖5 黃芪廢渣磁性碳化吸附劑（HC）對四環(huán)素的吸附動力學(xué)曲線

3.結(jié)論

（1）黃芪廢渣磁性碳化吸附劑（HC）吸附四環(huán)素的單因素實驗結(jié)果為：在四環(huán)素溶液初始濃度為140 mg/L，溶液的初始pH 值為5.6，吸附劑投放量為2.5 g/L，震蕩攪拌50 min，吸附率可達94.1%。

（2）黃芪廢渣磁性碳化吸附劑對四環(huán)素的吸附過程與偽二級反應(yīng)動力學(xué)模型基本一致，物理吸附和化學(xué)吸附雙重影響下完成的。