NiSiO@NiAlFe对不同抗生素的吸附特性研究

doi:10.11894/iwt.2020-0687

工业水处理 ›› 2021, Vol. 41 ›› Issue (4): 56-61. doi: 10.11894/iwt.2020-0687

NiSiO@NiAlFe对不同抗生素的吸附特性研究

胡玉瑛¹,潘成¹,郑晓环¹,刘苏苏¹,彭小明^1,*(),胡锋平¹,许莉^2,³,许高平^2,³

1. 华东交通大学土木建筑学院, 江西南昌 330013
2. 江西饮用水安全重点实验室, 江西南昌 330013
3. 江西省水务水科学检测研发有限公司, 江西景德镇 333000

收稿日期:2021-03-09 出版日期:2021-04-20 发布日期:2021-04-23
通讯作者: 彭小明 E-mail:pengxiaoming70@126.com
作者简介:胡玉瑛(1992-), 博士, 硕导, 副教授
基金资助:
国家自然科学青年基金(51908214);国家自然科学青年基金(51908213);江西省科技厅重点研发计划项目(20192BBH80009);江西省重点实验室项目(20192BCD40013)

Study on the adsorption properties of NiSiO@NiAlFe to different antibiotics

Yuying Hu¹,Cheng Pan¹,Xiaohuan Zheng¹,Susu Liu¹,Xiaoming Peng^1,*(),Fengping Hu¹,Li Xu^2,³,Gaoping Xu^2,³

1. School of Civil Engineering and Architecture, East China Jiaotong University, Nanchang 330013, China
2. Jiangxi Province Key Laboratory of Drinking Water Safety, Nanchang 330013, China
3. Jiangxi Water Affairs and Water Science Testing R & D Co., Ltd., Jingdezhen 333000, China

Received:2021-03-09 Online:2021-04-20 Published:2021-04-23
Contact: Xiaoming Peng E-mail:pengxiaoming70@126.com

摘要/Abstract

摘要：

采用水热法制备了负载NiAlFe层状双氢氧化物（LDHs）的硅酸镍空心球（NiSiO@NiAlFe），用于去除水中不同类型的抗生素。研究结果表明，pH为4~8时，NiSiO@NiAlFe对四环素（TC）和环丙沙星（CIP）的吸附效果较好，吸附过程更符合Freundlich模型。15℃下，NiSiO@NiAlFe对TC和CIP的最大吸附容量分别为35.7、35.3 mg/g。吸附热力学表明该吸附过程是自发吸热过程。NiSiO@NiAlFe对TC和CIP的吸附机理为静电引力和络合作用。该材料对水中抗生素的去除有较大潜力。

关键词: 硅酸镍, 抗生素, 四环素, 环丙沙星, 吸附

Abstract:

Layered double hydroxides(LDHs) coated NiAlFe-nickel silicate hollow spheres(NiSiO@NiAlFe) were prepared by hydrothermal method for the removal of different types of antibiotics in water. Results indicated that NiSiO@NiAlFe had a good adsorption efficiency on tetracycline(TC) and ciprofloxacin(CIP) in the pH range of 4-8. The adsorption process of TC and CIP was more consistent with the Freundlich model. At 15℃, the maximum adsorption capacities of NiSiO@NiAlFe for TC and CIP were 35.7 and 35.3 mg/g, respectively. Adsorption thermodynamics showed that the adsorption process was spontaneous and endothermic. The adsorption mechanisms of NiSiO@NiAlFe on TC and CIP were electrostatic attraction and complexation. The results showed that this material had great potential to remove antibiotics from water.

Key words: nickel silicate, antibiotics, tetracycline, ciprofloxacin, adsorption

中图分类号:

X703
TQ424

胡玉瑛,潘成,郑晓环,刘苏苏,彭小明,胡锋平,许莉,许高平. NiSiO@NiAlFe对不同抗生素的吸附特性研究[J]. 工业水处理, 2021, 41(4): 56-61.

Yuying Hu,Cheng Pan,Xiaohuan Zheng,Susu Liu,Xiaoming Peng,Fengping Hu,Li Xu,Gaoping Xu. Study on the adsorption properties of NiSiO@NiAlFe to different antibiotics[J]. Industrial Water Treatment, 2021, 41(4): 56-61.

https://www.iwt.cn/CN/Y2021/V41/I4/56

图/表 8

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模型	参数	TC			CIP
模型	参数	15 ℃	25 ℃	35 ℃	15 ℃	25 ℃	35 ℃
准一级动力学	q_e，cal/（mg·g^-1）	15.526	15.931	16.327	21.772	22.183	23.024
	k₁/min^-1	0.007 0	0.007 5	0.007 5	0.007 5	0.008 2	0.007 7
	R²	0.951	0.939	0.933	0.947	0.945	0.942
准二级动力学	q_e，cal/（mg·g^-1）	17.512	17.887	18.348	24.371	24.734	25.762
	k²/（g·mg^-1·min^-1）	0.009 0	0.009 7	0.009 6	0.009 8	0.010 7	0.010 1
	R²	0.990	0.987	0.985	0.992	0.990	0.991
颗粒内扩散模型	k₁/（mg·g^-1·min^-1/2）	0.069 4	0.076 0	0.074 9	0.089 6	0.101 3	0.099 8
	R²	0.830	0.868	0.876	0.807	0.868	0.876
	k₂/（mg·g^-1·min^-1/2）	0.005 6	0.005 8	0.005 9	0.008 9	0.009 0	0.009 6
	R²	0.940	0.961	0.970	0.935	0.933	0.960
	k₃/（mg·g^-1·min^-1/2）	0.001 5	0.001 8	0.002 2	0.002 1	0.002 4	0.002 7
	R²	0.975	0.965	0.986	0.959	0.968	0.952

模型	参数	TC			CIP
模型	参数	15 ℃	25 ℃	35 ℃	15 ℃	25 ℃	35 ℃
准一级动力学	q_e，cal/（mg·g^-1）	15.526	15.931	16.327	21.772	22.183	23.024
	k₁/min^-1	0.007 0	0.007 5	0.007 5	0.007 5	0.008 2	0.007 7
	R²	0.951	0.939	0.933	0.947	0.945	0.942
准二级动力学	q_e，cal/（mg·g^-1）	17.512	17.887	18.348	24.371	24.734	25.762
	k²/（g·mg^-1·min^-1）	0.009 0	0.009 7	0.009 6	0.009 8	0.010 7	0.010 1
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颗粒内扩散模型	k₁/（mg·g^-1·min^-1/2）	0.069 4	0.076 0	0.074 9	0.089 6	0.101 3	0.099 8
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模型	参数	TC			CIP
模型	参数	15 ℃	30 ℃	45 ℃	15 ℃	30 ℃	45 ℃
Langmuir	q_m/（mg·g^-1）	35.342	36.953	38.316	35.748	38.662	40.195
	K_L/（L·mg^-1）	0.174	0.148	0.142	0.232	0.256	0.276
	R²	0.872	0.850	0.851	0.898	0.919	0.933
Freundlich	K_F/（mg·g^-1）（L·mg^-1）^1/n	12.290	12.754	12.905	17.087	18.839	20.016
	ⁿ	4.296	4.352	4.305	6.334	6.445	6.623
	R²	0.908	0.910	0.886	0.996	0.991	0.982
Temkin	K_T/（J·mol^-1）	6.413	6.453	6.722	4.621	4.936	5.386
	f/（L·mg^-1）	2.552	2.796	2.551	20.248	23.443	27.928
	R²	0.959	0.960	0.944	0.997	0.999	0.995

模型	参数	TC			CIP
模型	参数	15 ℃	30 ℃	45 ℃	15 ℃	30 ℃	45 ℃
Langmuir	q_m/（mg·g^-1）	35.342	36.953	38.316	35.748	38.662	40.195
	K_L/（L·mg^-1）	0.174	0.148	0.142	0.232	0.256	0.276
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Freundlich	K_F/（mg·g^-1）（L·mg^-1）^1/n	12.290	12.754	12.905	17.087	18.839	20.016
	ⁿ	4.296	4.352	4.305	6.334	6.445	6.623
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Temkin	K_T/（J·mol^-1）	6.413	6.453	6.722	4.621	4.936	5.386
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吸附质	ΔH^Θ/（kJ·mol^-1）	ΔS^Θ/（J·mol^-1·K^-1）	ΔG^Θ/（kJ·mol^-1）
吸附质	ΔH^Θ/（kJ·mol^-1）	ΔS^Θ/（J·mol^-1·K^-1）	15 ℃	30 ℃	45 ℃
TC	32.383	0.396	-6.011	-6.417	-6.766
CIP	58.07	0.543	-6.799	-7.340	-7.927

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