氧化石墨烯及其复合材料去除水体抗生素的研究进展

由于具有优异的抗菌性,抗生素被广泛应用于医学领域和养殖行业。然而,近年来对抗生素大规模的使用和排放,在自然界造成了大量的累积,引发了一系列水环境污染问题,严重威胁生态系统安全和人类健康。因此,研发可去除水中过量抗生素的材料已成为当前环境领域的重要研究方向之一。氧化石墨烯（graphene oxide,GO）以其高比表面积、良好亲水性、耐酸碱性、制备简便、成本低廉等优势,成为了一种新兴的抗生素去除材料。该文首先概述了现有的GO及其复合材料分类制备方法,包括空间改造、共价键修饰和金属氧化物改性等。其次,综述了近年来GO及其复合材料在抗生素去除领域的应用、影响因素及作用机制。结果表明,基于吸附原理的GO复合材料吸附去除抗生素效果主要受溶液p H、共存离子、吸附剂投加量、抗生素类别及浓度等多种因素的影响,吸附机制主要包括静电相互作用、π-π相互作用、阳离子-π键作用和氢键作用等,通过引入元素、金属和有机化合物等手段可有效提高GO材料的吸附容量;基于光催化降解原理的抗生素去除过程中,光照条件是最重要影响因素,而其中关键活性物质包括光生空穴、羟基自由基和超氧自由基等,掺杂金属纳米粒子与半导体纳米材...     

水环境中四环素类抗生素降解及去除研究进展

四环素类抗生素是治疗与预防人类和动物疾病及细菌感染的一类广谱抗菌药。在畜牧养殖中,四环素类抗生素做为疾病治疗药物和促生长剂应用广泛,使用量巨大。本文综述了四环素类抗生素在水环境中的污染现状及其在水中的降解和去除研究进展。     

水热法制备榴莲碳对水体中四环素的去除性能

本文利用榴莲壳和氯化高铁水热法制备具有磁性的榴莲碳,利用XRD、FTIR和SEM对榴莲碳进行结构表征,并研究榴莲碳对水体中四环素的吸附性能,以及水热反应温度、溶液pH和盐浓度等对榴莲碳吸附去除四环素性能的影响.结果表明,在水热温度170℃加热10 h条件下制备的榴莲碳D170具有明显的纳米片状和颗粒状结构,随着温度的升高,制备的榴莲碳XRD衍射峰增强,形成的结晶更好.吸附实验表明,随着水热制备温度的升高,制备的榴莲碳对四环素的吸附去除率呈降低趋势.榴莲碳对四环素的吸附热力学模型拟合表明：D170、D180和D200对水体中四环素的最大吸附容量分别为153.97 mg·g-1、80.26 mg·g-1和34.14 mg·g-1,其中D170对四环素的吸附效果最好,最佳吸附溶液pH值约为6.0,吸附热力学过程符合Freundich模型,吸附动力学过程符合假二级动力学模型.溶液中添加NaCl能促进榴莲碳对四环素的吸附作用,当NaCl浓度高于0.1 mol·L-1,榴莲碳对四环素的去除率达到100%;而添加Ca（NO3）2可降低榴莲碳对四环素的吸附能力,当Ca（NO3）2浓度从0.1 mol·L-1增加到1.0 mol·L-1时,水溶液中四环素的去除率从93%降低到78%.     

三维石墨烯材料在污水处理中的研究进展

随着生态环境的日益恶化,水体污染越来越引起人们的关注.吸附法是去除水体污染简单环保的有效方法.由二维石墨烯相互搭建构筑而成的多孔柔软三维石墨烯材料,具有高表面积、丰富的官能团以及快速的电子转移能力,对多种水体污染物都具有一定的吸附性能.文章对三维石墨烯材料对染料、金属离子、油类等多种水体污染物的吸附性能进行了综述.     

活性污泥SBR系统对四环素耐药菌和总四环素的去除特性

通过模拟运行SBR工艺,比较不同四环素进水浓度、运行周期以及氧环境条件对四环素耐药菌及痕量四环素的去除特性.结果表明,痕量四环素的存在会对活性污泥中微生物耐药性产生影响,SBR进水四环素浓度为250 μg·L-1时活性污泥中的微生物会逐步变成耐药微生物,而进水中不含四环素时,耐药的微生物会逐步变成非耐药微生物.总四环素的去除效果在好氧条件下周期为12 h时最好,达到90%以上.好氧条件下周期为8 h时每克污泥增加的四环素耐药菌数最多,约为2.89×109 CFU·g-1;好氧条件下周期为20 h时为最少,约为1.0×108 CFU·g-1,有利于缓解四环素耐药菌的产生.     

高级氧化技术去除水体中抗性基因污染的研究进展

抗性基因（ARGs）污染已被联合国卫生组织列为21世纪新型三大污染问题之一,具备种类多样、转移方式灵活、污染风险存在极大的不确定性等特点.通过相应技术措施削减水体中的抗性基因污染,具有突出的现实意义.高级氧化技术（AOPs）降解效率高、条件可控、可操作性强,在水体深度处理上展现了良好的优势.本文综述了基于高级氧化技术的抗性基因污染治理方法研究进展,讨论了不同高级氧化技术（类Fenton氧化、光催化氧化、过硫酸盐氧化以及臭氧氧化）对抗性基因去除的影响,同时以此为背景展望了处理抗性基因污染的未来可研究方向.     

掺S三维石墨烯气凝胶对水中铅离子的电吸附去除

利用NaHSO3作为还原剂制备石墨烯气凝胶（graphene aerogels,GAs）,利用二硫苏糖醇作为掺杂剂以及还原剂制备掺硫石墨烯气凝胶（Sulfur-doped graphene aerogels,SGAs）.通过表征可以看出,与GAs电极材料相比,SGAs电极材料具有更大的比表面积以及孔径分布,更有利于电吸附去除溶液中的Pb2+.对比研究在不同工作电压、进水溶液的浓度以及进水流量三个实验条件下两种材料的电吸附性能,在工作电压为1.2 V时SGAs电极具有最好的去除率为36.29%.当进水流量为15 mL·min-1时SGAs与GAs均具有最高的去除率,分别为37.8%、34.1%.在不同进水浓度下,SGAs的去除率均比GAs电极材料去除率高.两种电极材料在不同进水浓度下均满足进水Pb2+离子的浓度越高,吸附量越高.同时经过10次的吸附/脱附电吸附循环实验可以看出两种材料均具有较好的循环再生性能.     

两种体系去除水体中的砷

砷是人类发现的毒性最强的环境污染物质之一.铁及其化合物已经被广泛应用于水体中重金属的去除并取得了一定效果,但存在去除效率低、材料成本高的缺点.为了更好地利用铁及其化合物高效去除水中重金属砷（As）,本文通过加入氧化剂构建了两种反应体系,实现了对废水中砷的高效去除：分别利用零价铁（Zero valent iron,ZVI）活化过硫酸钠（sodium persulfate,PS）和亚铁离子（Fe2+）活化高锰酸钾（KMnO4）两种工艺去除了水体中的砷.通过批试验控制过硫酸钠、零价铁及高锰酸钾和亚铁的投加量,研究了各变量对As的去除效果和动力学影响.利用环境扫描电镜（SEM）对反应前后的物质的结构进行表征对比分析.研究结果表明：As溶液浓度为20 mg·L-1时,两种体系下的反应物最佳配比方案分别为0.5 g ZVI、0.1 g PS和KMnO4 0.01 g、Fe2+ 0.02 g.两种体系中As的去除率都大于99%,且反应均符合准二级动力学方程,其中,ZVI活化PS反应中产生的SO4-·对砷的去除有着至关重要的作用.两种方法对As的去除机理均包括吸附、沉淀和共沉淀作用.通过经济成本对比分析,PS-ZVI在高效去除毒性略低的As（Ⅴ）的时有明显的经济优势.     

氧化石墨烯纳米颗粒对抗生素类污染物吸附特征及影响因素

本文通过吸附动力学和吸附等温线探究了氧化石墨烯(GO)纳米颗粒对3种典型的四环素类抗生素(即四环素(TC)、土霉素(OTC)和金霉素(CTC))吸附特征.结果表明,伪二级动力学模型可以很好的拟合吸附动力学的结果,吸附速率可能受化学吸附控制.吸附等温线的结果显示GO对3种抗生素均有较高的吸附能力,且吸附能力依次为:CTC＞OTC＞TC.这主要是由于四环素类抗生素可以通过π-π作用、阳离子-π键、疏水作用以及静电作用等机制与GO产生结合.此外,四环素类抗生素在GO上的吸附行为与背景溶液的水化学条件(如pH、离子强度和二价金属离子)密切相关.总体来讲,由于静电斥力的增强,抗生素在GO上的吸附量随着背景溶液pH值的升高或离子强度(NaCl)的增加而降低,这主要是由于静电引力和吸附点位的减少所致;二价阳离子(Cu2+)可以通过表面桥连作用,显著促进抗生素在GO上的吸附.本研究结果清楚地表明抗生素本身的化学性质和背景溶液的水化学条件在GO去除抗生素的过程起着重要作用.     

水中四环素的超声辐照降解

以四环素(TC)为研究对象,探讨了超声功率、初始浓度、pH值以及超声协同H2O2、TiO2、Na2CO3等组合工艺对超声降解TC效率的影响.实验结果表明,超声可有效降解水中低浓度的TC,尤其在碱性条件下,超声降解更为显著.加入H2O2、TiO2和Na2CO3在一定程度上都可以促进水中TC的降解.依据量化计算以及LC-MS测定结果,探讨了TC的超声降解机理,揭示超声降解水中TC主要是基于·OH自由基的氧化过程.     

贻贝仿生三维石墨烯制备及对亚甲基蓝的吸附

受海洋生物贻贝的启发,利用多巴胺（DA）自聚合作用将氧化石墨烯自组装成三维（3D）石墨烯材料,并对亚甲基蓝（MB）的吸附行为进行研究.结果显示,3D石墨烯材料具有多孔网络结构,孔径约为0.5 μm到几十μm,对MB具有良好的吸附性能,最大吸附量为752 mg·g-1,对MB分子是单分子层吸附,吸附行为符合Langmuir等温吸附和准二级反应动力学方程.通过颗粒内扩散模型对其吸附的扩散机理进行研究,发现吸附初期为外表面扩散吸附,后期为孔道缓慢扩散过程.3D石墨烯对MB吸附具有较好的可再生能力,经过5次的吸附-脱附实验,对MB的去除效率降低20.9%.通过考察其对实际水样中MB的吸附效果,3D石墨烯材料表现出较好的实际应用能力,去除效率均在89%以上.     

焙烧态镁铝铁类水滑石对磷酸根离子的吸附

用共沉淀法制备了镁铝铁三元类水滑石(LDH),在不同温度下对其焙烧4 h,得到焙烧态类水滑石(CLDH).采用XRD、FT-IR对材料进行分析,研究其对水中磷酸根的吸附性能和机制.结果表明,铁的掺杂量过大会破坏类水滑石的层状结构,且随着铁含量的增大,类水滑石对磷酸根的吸附量逐渐减小.当Mg/Al/Fe物质的量之比为2∶0.9∶0.1,在300 ℃下焙烧时,CLDH吸附磷酸根能力最好,吸附容量约27.03 mg·g-1,为焙烧前的1.32倍.在pH 4—11范围内,在竞争离子存在的条件下,CLDH-0.1-300都能表现出较好的吸附性能,对实际废水中的磷也有较强的吸附能力.CLDH-0.1-300对磷酸根的吸附符合二级反应动力学模型,吸附等温线符合Langmuir等温式.用浓度为0.5 mol·L-1的NaOH溶液可以对吸附磷酸根后的类水滑石CLDH-0.1-300实现解吸再生,\"吸附-再生-再吸附\"循环3次后吸附容量仍接近初始值的60%.     

NH3再生提高蜂窝状V2O5/ACH催化剂脱硝活性的机理

对NH3再生提高V2O5/ACH催化剂脱硝活性的微观机理进行了分析.结果表明,在初次同时脱硫脱硝过程中,V2O5/ACH催化剂表面会形成一定量的含氧官能团和有利于NH3化学吸附的SO42-离子,进而在330℃NH3再生过程中,含氧官能团与吸附的NH3反应转化为含氮官能团;在二次同时脱硫脱硝过程中,NO不仅与NH3反应,而且也与催化剂表面形成的含氮官能团反应,从而提高了V2O5/ACH催化剂的脱硝活性.     

三维电极电化学反应器组合Fenton试剂深度处理焦化废水

采用三维电极电化学反应器组合Fenton试剂法对经过二级生化处理后的焦化废水进行深度处理。在三维电极参数一定的条件下,考察了影nfi]TOC去除率的影响因素,探讨了该反应体系的降解动力学及降解机理。正交试验结果表明,反应体系中各参数的最佳值分别为p（H202投加量）=300mg·L-1,pH3．4,反应时间为90min,c（FeS04-7H20投加量）为3．5mmol·L-1,TOC去除率可达到61．7％。焦化废水的降解反应表现为一级动力学。紫外吸收光谱分析结果,废水中有机物彻底发生了降解矿化,这为三维电极组合Fenton试剂工艺在焦化废水深度处理中的工程应用提供了一定的理论指导。