碳材料吸附去除水中抗生素的研究外文翻译资料

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简介

碳材料吸附去除水中抗生素的研究

Fei Yu , Yong Li , Sheng Han , Jie Ma

上海应用技术学院化学与环境工程学院，中国市海泉路100号，上海，201418

污染控制与资源化国家重点实验室，环境科学与工程学院，同济大学，四平路1239号，上海200092，中国

重点

抗生素是环境污染中最重要的一种。

吸附技术是一种快速、有效的fi高效、经济的方法。

活性炭，碳纳米管，和石墨烯用作吸附剂。

四种主要抗生素

选择作为目标污染物。

图像摘要

文章信息

文章历史：

2015.12.24收到

2016月15日以书面形式收到

2016.3.16接收

2016.3.28可在线查看

处理编辑：Xiangru Zhang

摘要

抗生素是一种重要的环境污染类型，吸引了许多研究者对其从水溶液中去除的研究。吸附技术是一种快速、有效、高效、经济 的物理化学方法，广泛应用于废水处理。从原来的活性炭和碳纳米管到最新的石墨烯基材料，碳基材料因其特殊表面积大，广泛用于从水溶液中去除污染物的高效吸附剂，孔隙率高，反应活性高。在这篇文章中，四种主要类型的抗生素（四环素类、磺胺类，大环内酯类，和喹诺酮类）综述。我们还提供了一个碳材料作为吸附剂去除水溶液中抗生素的吸附材料的应用开发概述。对最有前景的工作进行了讨论，并且对制备高性能吸附剂的主要挑战和吸附剂的发展趋势进行了分析。这项工作为设计和改良阳离子在水溶液中的吸附去除抗生素应用碳材料提供了后续研究的理论指导。

copy;2016年Elsevier公司保留所有权利。

目录

1.介绍.....................................................................................................366

2.抗生素的一般特征.........................................................................................367

2.1.四环素类抗生素.....................................................................................367

2.2.磺胺类药物.........................................................................................367

2.3.大环内酯类.........................................................................................367

2.4.喹诺酮类药物.......................................................................................368

3.碳材料特性...............................................................................................368

3.1.活性炭.............................................................................................368

3.2.碳纳米管...........................................................................................369

3.3.基于石墨烯的纳米材料...............................................................................370

1. 活性炭对抗生素的吸附去除.................................................................................372

4.1.四环素类抗生素的吸附去除...........................................................................372

4.2.磺胺类药物的吸附去除...............................................................................373

4.3.大环内酯类的吸附去除...............................................................................373

4.4.氟喹诺酮类药物的吸附去除...........................................................................375

1. 碳纳米管对抗生素的吸附去除...............................................................................375

5.1.四环素类抗生素的吸附去除...........................................................................375

5.2.磺胺类药物的吸附去除...............................................................................375

5.3.大环内酯类的吸附去除...............................................................................376

5.4.氟喹诺酮类药物的吸附去除...........................................................................377

6.石墨烯基纳米材料对抗生素的吸附去除.......................................................................377

6.1.四环素类抗生素的吸附去除...........................................................................377

6.2.磺胺类药物的吸附去除...............................................................................378

6.3.氟喹诺酮类药物的吸附去除...........................................................................380

1. 碳材料的吸附去除机理.....................................................................................381

8.总结.....................................................................................................382

致谢.....................................................................................................382

参考文献.................................................................................................382

1. 介绍

环境问题，包括水，空气和土壤污染和气候变化，在21世纪已吸引了全球的关注。后来弗莱明偶然发现青霉素（1944），抗生素的研究发展迅速。目前，抗生素的生产远远超出了以往的界限， 他们进入环境主要通过四个途径：生产抗生素过程（Larsson et al., 2007），（Jjemba,2006; Lienert et al., 2007; Peng et al., 2009），对闲置或过期药品市政污泥和处置不当的土地应用（Reddersen et al., 2002）（见图1）。抗生素污染对人类的健康造成了潜在的威胁，所以抗生素的去除具有非常重要的意义。许多方法被用于去除抗生素：生物处理(Arikan, 2008),氯化(Adams et al., 2002; Navalon et al., 2008),高级氧化技术（Dantas et al., 2008），电化学治疗（Hirose et al., 2005; Jara et al., 2007），吸附（Ma et al., 2012; Yu et al.,2016a）、膜过程（Koyuncu et al., 2008），与超声空化效应的方法（Guo et al., 2010; Hou et al., 2012; Su et al., 2012）。

在这些方法中，吸附法具有操作简单的优势，具有成本低、效率高，没有剧毒的副产品的风险(Putra et al., 2009);它被认为是最有前途的技术。

吸附过程的效率受吸附剂的类型和吸附性能的影响：表面积、孔隙率和孔径。几种材料作为吸附剂的 从水溶液中除去抗生素：碳吸附剂 (Ji et al., 2009a; Putra et al., 2009; Zhang et al., 2011c; Ahmed and Theydan, 2012), 粘土矿物(Gao and Pedersen, 2005),聚合物树脂(Dutta et al., 1999)和其他吸附剂，如金属及其氧化物(Chen and Huang, 2010; Peterson et al., 2012),分子印迹技术(Xu et al.,2012),介孔材料 (Rivera-Jime nez and Herna ndez- Maldonado, 2008), 壳聚糖(Adriano et al., 2005)和凝胶(Erscedil; an et al., 2013)。其中以碳质材料已被广泛认为是解决环境污染问题的原因是由于其高规格表面积、丰富的孔隙结构，强相互作用。在过去的几年里，有关使用碳质材料的方法的研究有所增加。参数，如pH值、接触时间、初始抗生素浓度、离子强度能够对不同程度的吸附行为有影响。在本文中，我们考虑环境中四个主要的抗生素（四环素类、磺胺类、喹诺酮类、大环内酯类）(Luo et al., 2011; Gothwal and Shashidhar, 2015)作为控制污染物的目标。我们总结和讨论的吸附剂（活性炭，碳纳米管，石墨烯，及其复合材料）的制备及其吸附性能的每个目标污染物（见图1）。

1. 抗生素的一般特征

作为抑制剂和病原微生物杀菌剂，抗生素已被广泛和有效地用于人类和兽药。他们还用作农业、水产养殖、养蜂、畜的生长促进剂（Sarmah et al.,2006）。从根本上讲，一个抗生素的微生物水环境的引入必然导致耐药菌的产生（Chitanand et al., 2010; Oberle et al., 2012）。水生动物的毒性和潜在的生态影响是通过测试实验动物的种类、药物种类、浓度和其他因素（wollenberger et al.，2000）。抗生素能降低人体免疫力（Jones et al., 2005），并且部分抗生素致癌、致畸、致突变或产生激素效应，会严重干扰人体的生理功能。这些生物毫无疑问会通过饮用水直接威胁我们的健康，超级细菌的出现，和/或病原体的生物蓄积性。因此，在水溶液中的抗生素的去除是一个严重的问题。

图1. 环境中抗生素的存在形式及其对活性炭、碳纳米管和石墨烯基碳材料的吸附。

2.1四环素类抗生素

金色链霉菌分离抗菌物质称为四环素类抗生素（TCS）；TCS抑制革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌、衣原体、支原体、立克次体 ，和原生动物寄生虫（Gossen and Bujard, 1992）。作为一个典型的PPCP（制药和个人护理产品），TCS主要包括金霉素、土霉素、四环素。TCS是宽 地应用于动物疾病的治疗和畜牧业，以及人类和动物的不完全代谢导致了在水环境中的显著残留（Wang et al., 2008; Ji et al., 2009a）。这些残留对水生生态系统造成不良影响，不仅导致多种耐药菌的产生（Gossen and Bujard,1992），也影响水生动物的生活（Kuuml;mmerer，2009）。此外，这些残留物构成了潜在的威胁人类健康，通过饮用水，食

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