小麦秸秆生物炭吸附诺氟沙星特性

doi:10.11894/iwt.2018-1088

工业水处理 ›› 2020, Vol. 40 ›› Issue (1): 24-28. doi: 10.11894/iwt.2018-1088

小麦秸秆生物炭吸附诺氟沙星特性

谭珍珍^1,²(),张学杨^1,^2,*(),方茹¹,骆俊鹏¹,安天一¹,杨正武¹,张茹³,贺斌⁴

1. 徐州工程学院环境工程学院, 江苏徐州 221018
2. 江苏省工业污染控制与资源化重点实验室, 江苏徐州 221018
3. 山东建筑大学市政与环境工程学院, 山东济南 250101
4. 山东省枣庄市市中区环保局环境监测站, 山东枣庄 277000

收稿日期:2019-12-14 出版日期:2020-01-20 发布日期:2020-01-16
通讯作者: 张学杨 E-mail:tanzhenzhen119@126.com;zhaxuy@163.com
作者简介:谭珍珍(1986-),硕士,讲师。E-mail:tanzhenzhen119@126.com
基金资助:
国家自然科学基金项目(41807368);江苏省高等学校自然科学研究重大项目(18KJA610003);徐州市科技计划项目(KC18150);徐州工程学院培育项目(XKY2017121)

Adsorption property of norfloxacin on wheat stalk biochar

Zhenzhen Tan^1,²(),Xueyang Zhang^1,^2,*(),Ru Fang¹,Junpeng Luo¹,Tianyi An¹,Zhengwu Yang¹,Ru Zhang³,Bin He⁴

1. College of Environmental Engineering, Xuzhou University of Technology, Xuzhou 221018, China
2. Jiangsu Key Laboratory of Industrial Pollution Control and Resource Reuse, Xuzhou 221018, China
3. School of Municipal and Environmental Engineering, Shandong Jianzhu University, Ji'nan 250101, China
4. Environmental Monitoring Station of Shizhong District Zaozhuang, Zaozhuang 277000, China

Received:2019-12-14 Online:2020-01-20 Published:2020-01-16
Contact: Xueyang Zhang E-mail:tanzhenzhen119@126.com;zhaxuy@163.com
Supported by:
国家自然科学基金项目(41807368);江苏省高等学校自然科学研究重大项目(18KJA610003);徐州市科技计划项目(KC18150);徐州工程学院培育项目(XKY2017121)

摘要/Abstract

摘要：

采用孔径与比表面积分析仪、SEM、FTIR及Boehm滴定对小麦秸秆生物炭（XM300、XM450、XM600）进行表征，考察了生物炭对诺氟沙星（NOR）的吸附机制。结果表明，随着热解温度的升高，生物炭比表面积与孔容积增大，孔径变小，表面羧基、内酯基与酚羟基等酸性官能团数量减少。伪二级动力学方程和Langmuir等温模型更适合描述3种生物炭对NOR的吸附，颗粒内扩散方程拟合发现生物炭对NOR的吸附包括快速外扩散与缓慢内扩散；XM300对NOR的吸附容量最大（40.30 mg/g），得益于低热解温度生物炭中存在大量非碳化有机质的分配作用。

关键词: 生物炭, 诺氟沙星, 小麦秸秆, 吸附, 分配作用

Abstract:

The physicochemical properties of wheat stalk biochars(XM300, XM450, XM600) were characterized by pore size and specific surface area analyzer, SEM, FTIR and Boehm titration, respectively. Then the adsorption mechanism of norfloxacin(NOR) on biochars were investigated. The results showed that the specific surface area and pore volume of biochars increased with increasing the pyrolysis temperature, while the pore size and the amounts of acidic groups such as carboxylic, lactone and phenolic hydroxyl groups decreased. The pseudo-second-order kinetics equation and Langmuir model were more suitable to describe the adsorption of NOR on biochars. The fitting results of Intra-particle diffusion model showed that there were two separate stages in sorption process:fast external diffusion and slow inter-particle diffusion. The XM300 had the highest adsorption capacity of 40.30 mg/g, which was mainly attributed to that the non-carbonized organic matter in the low pyrolysis biochar can capture norfloxacin in the manner of partition.

Key words: biochar, norfloxacin, wheat stalk, adsorption, partition

中图分类号:

X703.1

谭珍珍,张学杨,方茹,骆俊鹏,安天一,杨正武,张茹,贺斌. 小麦秸秆生物炭吸附诺氟沙星特性[J]. 工业水处理, 2020, 40(1): 24-28.

Zhenzhen Tan,Xueyang Zhang,Ru Fang,Junpeng Luo,Tianyi An,Zhengwu Yang,Ru Zhang,Bin He. Adsorption property of norfloxacin on wheat stalk biochar[J]. Industrial Water Treatment, 2020, 40(1): 24-28.

https://www.iwt.cn/CN/Y2020/V40/I1/24

图/表 8

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生物炭种类	比表面积/（m²·g^-1）	孔容积/（cm³·g^-1）	最可几直径/nm	产率/%	羧基/（mmol·g^-1）	内酯基/（mmol·g^-1）	酚羟基/（mmol·g^-1）	酸总量
XM300	2.4	0.038 6	30.21	40.3	0.52	1.06	0.38	1.96
XM450	28.2	0.040 9	3.92	32.1	0.23	1.15	0.34	1.72
XM600	132.3	0.103 2	2.34	30.3	0.08	0.69	0.32	1.09

生物炭种类	比表面积/（m²·g^-1）	孔容积/（cm³·g^-1）	最可几直径/nm	产率/%	羧基/（mmol·g^-1）	内酯基/（mmol·g^-1）	酚羟基/（mmol·g^-1）	酸总量
XM300	2.4	0.038 6	30.21	40.3	0.52	1.06	0.38	1.96
XM450	28.2	0.040 9	3.92	32.1	0.23	1.15	0.34	1.72
XM600	132.3	0.103 2	2.34	30.3	0.08	0.69	0.32	1.09

样品	伪一级动力学			伪二级动力学			Q/（mg·g^-1）
样品	q_e/（mg·g^-1）	k₁/min^-1	R²	q_e/（mg·g^-1）	k₂/（g·mg^-1·min-1）	R²	Q/（mg·g^-1）
XM300	34.282	0.016 9	0.927 5	37.166	0.000 6	0.978 9	40.120
XM450	31.141	0.018 1	0.944 4	33.452	0.000 8	0.983 5	33.379
XM600	28.283	0.024 2	0.922 2	30.635	0.001 1	0.974 1	30.567

样品	伪一级动力学			伪二级动力学			Q/（mg·g^-1）
样品	q_e/（mg·g^-1）	k₁/min^-1	R²	q_e/（mg·g^-1）	k₂/（g·mg^-1·min-1）	R²	Q/（mg·g^-1）
XM300	34.282	0.016 9	0.927 5	37.166	0.000 6	0.978 9	40.120
XM450	31.141	0.018 1	0.944 4	33.452	0.000 8	0.983 5	33.379
XM600	28.283	0.024 2	0.922 2	30.635	0.001 1	0.974 1	30.567

样品	阶段	K_ip/(mg·g^-1·min^-0.5)	C/(mg·g^-1)	R²
XM300	第1阶段	25.65	-3.83	0.982 4
	第2阶段	5.87	16.17	0.950 1
	第3阶段	0.93	33.54	0.991 5
XM450	第1阶段	28.80	-5.90	0.993 8
	第2阶段	14.06	3.80	0.990 9
	第3阶段	1.51	25.84	0.913 7
XM600	第1阶段	29.39	-6.10	0.964 6
	第2阶段	8.35	9.66	0.974 2
	第3阶段	0.06	30.21	0.856 1

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碳材料	温度/K	Langmuir			Freundlich
碳材料	温度/K	q₀/（mg·g^-1）	b/（L·mg^-1）	R²	K_F/（L·mg^-1）	n	R²
XM300	278	21.64	0.083 7	0.969 5	2.138 4	1.546 8	0.957 4
	288	45.12	0.049 2	0.991 1	2.591 4	1.331 7	0.988 9
	298	58.40	0.087 3	0.984 2	5.718 4	1.490 2	0.967 7
	308	54.54	0.183 3	0.982 3	10.372 6	1.899 8	0.953 5
	318	156.79	0.041 4	0.974 2	6.657 2	1.185 4	0.965 8
XM450	278	36.68	0.029 3	0.990 4	1.304 9	1.262 8	0.988 9
	288	35.12	0.055 2	0.982 1	2.370 8	1.408 2	0.980 3
	298	46.87	0.106 0	0.967 9	5.466 4	1.577 5	0.931 9
	308	50.63	0.212 0	0.985 6	10.455 2	1.974 8	0.959 4
	318	87.21	0.089 4	0.982 0	8.530 6	1.459 1	0.974 6
XM600	278	29.26	0.041 3	0.992 0	1.564 1	1.382 8	0.994 4
	288	31.28	0.052 6	0.995 9	1.982 9	1.380 6	0.993 0
	298	45.83	0.107 0	0.989 2	5.549 4	1.614 0	0.975 5
	308	54.83	0.158 7	0.988 5	9.561 7	1.878 0	0.965 6
	318	111.27	0.036 1	0.979 3	4.547 4	1.238 1	0.977 6

吸附剂	ΔH/（kJ·mol^-1）	ΔS/（J·mol^-1·K^-1）	ΔG/（kJ·mol^-1）
吸附剂	ΔH/（kJ·mol^-1）	ΔS/（J·mol^-1·K^-1）	278 K	288 K	298 K	308 K	318 K
XM300	28.881 7	0.010 8	-0.887 3	-1.918 0	-3.412 0	-5.375 4	-4.432 4
XM450	38.690 2	0.014 1	-0.253 1	-1.881 6	-2.947 7	-5.505 3	-5.408 0
XM600	27.842 4	0.103 0	-0.786 3	-1.233 7	-3.257 9	-5.153 7	-3.866 6

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