使用MnO₂进行吸附性去除牛氧三环素工程松生物炭:热力学和动力学研究和过程优化

科学领域:

• 环境化学环境化学
• 材料科学 材料科学 材料科学
• 水处理技术水处理技术

背景情况:

• 不分青红白地使用牛氧三环素 (OTC) 会导致抗生素耐药性,这对人类健康和生态系统构成重大威胁.
• 现有的水处理方法可能无法充分去除新出现的药物污染物,如OTC.
• 开发高效且具有成本效益的吸附剂对于减轻抗生素污染至关重要.

研究的目的:

• 合成和表征一种新型的二氧化改性松生物炭 (MnO2/PCBC) 用于去除牛氧三环素 (OTC).
• 调查吸附性能和优化OTC从水溶液中消除过程参数.
• 评估开发的吸附剂的吸附机制,动力学,热力学和可重复使用性.

主要方法:

• 使用XRD,FTIR,SEM,ICP-OES和BET等技术进行MnO2/PCBC合成和表征.
• 通过响应表面方法 (RSM) 和中央复合材料设计优化批量吸附实验.
• 吸附等温的分析 (Langmuir, Freundlich),动力学 (伪二次),以及热力学 (ΔH°, ΔG°).

主要成果:

• 优化条件 (pH8,0.44 g/L剂量,200 mg/L OTC,303 K) 产生了88.1%的OTC去除.
• 吸附遵循兰格穆尔和弗罗恩德利希等温度 (R2=0.95) 和伪二次动力学 (R2=0.99).
• 高吸附能力 (357.14毫克/克),内热和自发吸附过程,以及5个循环后~80%的去除证明了MnO2/PCBC的有效性和可重复使用性.

结论:

• MnO2/PCBC是一种高效且可重复使用的吸附剂,用于从污染水中去除氧化环素.
• 这项研究证明了一种有希望的,具有成本效益的方法来应对水生环境中的抗生素污染.
• 与许多现有的吸附剂相比,开发的材料表现出优越的性能,突出了其实际应用的潜力.