去除水体中PPCPs的4种改性新型吸附材料研究进展

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2021-0763

摘要/Abstract

摘要：

近年来，药品及个人护理用品（PPCPs）的环境污染问题日益严重。虽然这些污染物在水体中的浓度很低，但由于其结构复杂、可生化性差，对生态环境乃至人体健康产生危害。吸附分离是一种简单、快捷、高效去除水体中PPCPs的方法。分别综述了用于水体中PPCPs分离的4种深受学者关注极具发展潜力的吸附材料〔生物炭、石墨烯、金属有机框架（MOFs）、层状双金属氢氧化物（LDH）〕的研究进展，重点介绍了它们改性复合的方法和改性复合后对PPCPs的吸附性能，最后探讨了4种新型吸附材料的优缺点，提出了未来深入研究的方向。

关键词: 药品及个人护理用品, 吸附材料, 生物炭, 石墨烯, 金属有机框架, 层状双金属氢氧化物

Abstract:

In recent years，the environmental pollution of pharmaceuticals and personal care products（PPCPs） has become increasingly serious. Although their concentration in water is very low，they are harmful to the ecological environment and even human health due to complex structure and low biodegradability. Adsorption separation is a simple，fast and effective method to remove PPCPs from water. Four new adsorption materials for PPCPs separation in water，including biochar，graphene，metal-organic frameworks（MOFs） and layered double hydroxide（LDH） which have attracted much attention were reviewed. The capacity of adsorbing PPCPs after modified and composited were mainly introduced. Finally，the advantages and disadvantages of the four new adsorption materials were discussed and the future research direction was put forward.

Key words: pharmaceuticals and personal care products, adsorption materials, biochar, graphene, metal-organic frameworks, layered double hydroxide

中图分类号:

X703

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图/表 5

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77	DU Qiuzheng， WU Pu， SUN Yiyang，et al. Selective photodegradation of tetracycline by molecularly imprinted ZnO@NH₂-UiO-66 composites［J］. Chemical Engineering Journal，2020，390：124614． doi:10.1016/j.cej.2020.124614
78	ZHANG Ying， ZHOU Jiabin， CHEN Xin，et al. Coupling of heterogeneous advanced oxidation processes and photocatalysis in efficient degradation of tetracycline hydrochloride by Fe-based MOFs：Synergistic effect and degradation pathway［J］. Chemical Engineering Journal，2019，369：745-757． doi:10.1016/j.cej.2019.03.108
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典型PPCPs	类别	相对分子质量	进水质量浓度/（ng·L^-1）	出水质量浓度/（ng·L^-1）
环丙沙星	喹诺酮类抗生素	313.3	1 980（460~5 030）	3 080
双氯芬酸	消炎药	296.15	18 100（16 000~20 300）	7 560（457~19 200）
萘普生	止痛药	230.27	59 700（410~206 000）	13 300（361~39 300）
卡马西平	抗癫痫药	263.27	1 920（95~21 600）	1 750（208~21 000）
阿替洛尔	抗敏药	266.3	7 801（5 113~11 239）	2 772（261~5 119）
佳乐麝香	人工麝香	258.4	9 710（5 090）	32~3 750
二苯甲酮-4	抗紫外线剂	182.2	4 152（2 218~6 804）	3 370（10~6 235）
雌酮	激素	270.4	67.2（2.5~670）	20.9（0.6~95）

典型PPCPs	类别	相对分子质量	进水质量浓度/（ng·L^-1）	出水质量浓度/（ng·L^-1）
环丙沙星	喹诺酮类抗生素	313.3	1 980（460~5 030）	3 080
双氯芬酸	消炎药	296.15	18 100（16 000~20 300）	7 560（457~19 200）
萘普生	止痛药	230.27	59 700（410~206 000）	13 300（361~39 300）
卡马西平	抗癫痫药	263.27	1 920（95~21 600）	1 750（208~21 000）
阿替洛尔	抗敏药	266.3	7 801（5 113~11 239）	2 772（261~5 119）
佳乐麝香	人工麝香	258.4	9 710（5 090）	32~3 750
二苯甲酮-4	抗紫外线剂	182.2	4 152（2 218~6 804）	3 370（10~6 235）
雌酮	激素	270.4	67.2（2.5~670）	20.9（0.6~95）

原始生物炭	改性方法	吸附质	吸附能力	再利用方式	再利用效果	参考文献
木橘生物炭	蒸汽活化	布洛芬	吸附容量可达12.658 mg/g，提升150%	甲醇洗涤再生	解析率81%，连续4次循环后吸附量保留61%	〔22〕
松木生物炭	球磨改性	卡马西平	去除率98%			〔24〕
玉米秸秆生物炭	酸改性	恩诺沙星	吸附容量可达34.86 mg/g，提升27.80%			〔25〕
玉米秸秆生物炭	碱改性	恩诺沙星	吸附容量可达40.91 mg/g，提升54.08%			〔25〕
水稻秸秆生物炭	Fe-N改性	四环素	吸附容量可达156 mg/g，是原始状态5.4倍	盐酸洗涤再生	解吸率在50%以上，3次循环后，去除率下降至76.65%	〔26〕
樟脑叶生物炭	磁性ZnO掺杂	环丙沙星	对449.40 mg/L的环丙沙星的吸附效果良好	NaOH溶液洗涤再生，磁选回收	3次循环后但仍保持在76%以上的去除能力	〔27〕
玉米秸秆生物炭	Fe改性	恩诺沙星	吸附容量可达34.556 mg/g，提升21.30%			〔28〕
玉米秸秆生物炭	Zn改性	恩诺沙星	吸附容量可达31.568 mg/g，提升10.81%			〔28〕
海藻生物炭	沸石复合	环丙沙星	吸附容量可达93.65 mg/g，提升了170%			〔29〕
茶废渣生物炭	蒙脱土复合	诺氟沙星	吸附容量可达25.53 mg/g，提升140%	甲醇洗涤再生	循环5次性能不变，去除率分别为86.8%、88.1%、87.2%、87.9%和86.5%	〔30〕

原始生物炭	改性方法	吸附质	吸附能力	再利用方式	再利用效果	参考文献
木橘生物炭	蒸汽活化	布洛芬	吸附容量可达12.658 mg/g，提升150%	甲醇洗涤再生	解析率81%，连续4次循环后吸附量保留61%	〔22〕
松木生物炭	球磨改性	卡马西平	去除率98%			〔24〕
玉米秸秆生物炭	酸改性	恩诺沙星	吸附容量可达34.86 mg/g，提升27.80%			〔25〕
玉米秸秆生物炭	碱改性	恩诺沙星	吸附容量可达40.91 mg/g，提升54.08%			〔25〕
水稻秸秆生物炭	Fe-N改性	四环素	吸附容量可达156 mg/g，是原始状态5.4倍	盐酸洗涤再生	解吸率在50%以上，3次循环后，去除率下降至76.65%	〔26〕
樟脑叶生物炭	磁性ZnO掺杂	环丙沙星	对449.40 mg/L的环丙沙星的吸附效果良好	NaOH溶液洗涤再生，磁选回收	3次循环后但仍保持在76%以上的去除能力	〔27〕
玉米秸秆生物炭	Fe改性	恩诺沙星	吸附容量可达34.556 mg/g，提升21.30%			〔28〕
玉米秸秆生物炭	Zn改性	恩诺沙星	吸附容量可达31.568 mg/g，提升10.81%			〔28〕
海藻生物炭	沸石复合	环丙沙星	吸附容量可达93.65 mg/g，提升了170%			〔29〕
茶废渣生物炭	蒙脱土复合	诺氟沙星	吸附容量可达25.53 mg/g，提升140%	甲醇洗涤再生	循环5次性能不变，去除率分别为86.8%、88.1%、87.2%、87.9%和86.5%	〔30〕

原料石墨烯	改性复合方法	吸附质	吸附能力	再利用方式	再利用效果	参考文献
原始石墨烯	MnO₂复合	四环素	吸附容量可达1 798 mg/g	40%的MnO₂在400 ℃煅烧再生	3次循环吸附率下降10%	〔35〕
原始石墨烯	氧化改性	环丙沙星	吸附容量可达303 mg/g			〔36〕
		氧氟沙星	吸附容量可达409 mg/g			〔36〕
		17β-雌二醇	吸附容量可达169.49 mg/g			〔37〕
氧化石墨烯	二氧化硫脲还原	四环素	吸附容量可达1 233 mg/g	乙醇洗涤再生	5次循环，吸附容量保留38%，	〔38〕
还原氧化石墨烯	β-环糊精复合	萘普生	吸附容量可达362 mg/g	乙醇洗涤再生	4次循环，吸附容量保留79%	〔40〕
氧化石墨烯	纳米Fe/Cu复合	四环素	吸附容量可达202 mg/g	2次循环间不回收	5次连续吸附，去除率均接近100%	〔41〕
还原氧化石墨烯	α-氧化铁复合	金霉素	吸附容量可达216 mg/g	NaOH溶液洗涤再生	5次循环，吸附容量保留90%以上	〔42〕
		四环素	吸附容量可达181 mg/g	NaOH溶液洗涤再生	5次循环，吸附容量保留90%以上	〔42〕
		土霉素	吸附容量可达98.4 mg/g	NaOH溶液洗涤再生	5次循环，吸附容量保留90%以上	〔42〕
还原氧化石墨烯	磁铁矿复合	环丙沙星	吸附容量可达921 mg/g	Fenton催化氧化再生	10次循环，吸附容量保留90%	〔43〕
还原氧化石墨烯	磁铁矿复合	四环素	吸附容量达2115 mg/g	Fenton催化氧化再生	10次循环，吸附容量保留90%	〔43〕

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