金霉素作为一种四环素类抗生素,因广谱抗菌和价廉质优等特点,被长期广泛用于兽医药临床和畜牧业养殖中,在家禽和猪养殖中的使用尤为广泛。已有大量文献报道了金霉素在土壤、粪肥中的残留,在土壤淋溶、渗滤作用下必然会导致金霉素进一步迁移进入地下水环境中,对地下水造成污染。铁锰是自然界中常见的变价元素,在地下水环境中广泛存在,其电荷的可变性强、比表面积大、表面活性功能团多并且具有很高的氧化还原活性,对重金属污染和有机污染物的吸附有着极其重要的作用。 为了解金霉素在地下水中的环境行为,本论文以金霉素为研究对象,探索其在自制的针铁矿、二氧化锰、铁锰复合氧化物上的吸附行为,主要内容包括吸附动力学、吸附等温线和pH、离子种类和强度等环境因素对吸附的影响。通过吸附反应前后铁锰氧化物的变化,探讨其对金霉素的吸附机理,并预测金霉素在地下水环境中的赋存、迁移和转化规律,以期对地下水中金霉素污染的修复提供理论参考。 论文取得了以下实验成果: 一、实验室成功合成了针铁矿、二氧化锰和铁锰复合氧化物,并通过X射线衍射、BET比表面积分析、扫描电镜对其结构和性质进行了表征。 二、以3种材料(针铁矿、二氧化锰和铁锰复合氧化物)为吸附剂,对金霉素(CTC)进行吸附实验研究。研究表明,金霉素在针铁矿、二氧化锰和铁锰复合氧化物上的动力学吸附过程更适合用二级动力学方程来描述,说明此吸附过程活化能变化较大,过程较复杂。这3种材料对CTC的吸附等温线均能用Freundlich模型和Langmuir 模型来拟合,平衡吸附量最大的是铁锰复合氧化物(196 mg/g),这可能与三种材料的晶体结构、比表面积和矿物结构有很大的关系。 三、通过改变pH、离子种类和强度,系统研究了环境因素对3种材料(针铁矿、二氧化锰和铁锰复合氧化物)吸附金霉素的影响。结果表明,对针铁矿而言,pH的变化导致CTC的存在形态和针铁矿表面的带电性质发生改变,随着pH的升高,针铁矿对金霉素的吸附量逐渐增加。与针铁矿不同,对二氧化锰和铁锰复合氧化物而言,pH的升高抑制了其对金霉素的吸附。考虑到地下水实际情况,选择了5种离子来评价共存离子对金霉素吸附的影响。外源阳离子K+、Na+、Ca2 +、Mg2 +的竞争吸附作用导致CTC在针铁矿上的吸附量减小,不同阳离子条件下针铁矿对CTC的吸附量从大到小分别为K+Na+Ca2 +Mg2 +,阳离子价态越高对针铁矿吸附CTC的影响越大。外源阴离子HCO3-的加入,导致溶液pH上升,影响了针铁矿的带电性质和CTC的存在形态,促进了针铁矿对CTC的吸附。同时指出静电作用和范德华力作用在针铁矿对CTC的吸附过程中占主导地位。而外源阳离子K+、Na+、Ca2 +、Mg2 +对CTC在二氧化锰和铁锰复合氧化物上的吸附没有显著影响,这可能是因为二氧化锰和铁锰复合氧化物对CTC与外源阳离子的吸附位点不同。而外源阴离子HCO3-的加入明显抑制了二氧化锰和铁锰复合氧化物对CTC的吸附,这可能是因为反应体系pH的升高,影响了CTC的存在形态和这两种矿物表面的电荷性质,从而阻碍了对CTC的吸附。 四、通过对吸附前后的针铁矿、二氧化锰、铁锰复合氧化物进行X射线衍射、傅里叶红外光谱分析、扫描电镜及能谱分析,研究铁锰氧化物对金霉素的吸附机理。结果表明,针铁矿的吸附机理主要是CTC中的羰基通过取代针铁矿表面的羟基,形成表面复合体,同时伴随着静电作用和范德华力作用。二氧化锰表面存在着的Mn-OH基团可能是CTC在二氧化锰上吸附和氧化的位点。铁锰氧化物主要的吸附机理为铁锰氧化物/水界面的络合作用,氧化物表面的羟基部分被金霉素所取代。