N、S共掺杂活化碳球对四环素的吸附特性与机理

四环素(Tetracycline,TC)是最常见的广谱抗生素之一,滥用四环素对环境所造成的危害日渐引起人们重视.为高效去除水体中残留的四环素,本研究以葡萄糖为碳基原料,通过添加阴离子表面活性剂和硫脲,采用水热反应和KOH高温活化法制备了氮硫共掺杂活化碳球(NSC).随后进行批量吸附试验,并利用等温吸附模型(Langmuir、Freundlich、Temkim、D-R模型)和吸附动力学模型(准一级动力学、准二级动力学、Elovich模型、颗粒内扩散模型)探究了NSC对TC的吸附特性.同时,通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、Brunauer-Emmett-Teller(BET)比表面积及孔径分析、傅立叶红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)等技术表征了NSC吸附TC前后结构形貌及性质的变化,结合吸附模型的拟合结果阐述了NSC对TC的吸附机理,并利用生命周期评价法估算了其制备成本.结果表明:①NSC的BET比表面积高达1688.14 m^(2)·g^(-1),含丰富的微孔结构、官能团和N、S掺杂的极性表面.②NSC对TC的等温吸附最佳拟合模型是Langmuir模型,其理论最大吸附量为492.94 m^(2)·g^(-1);吸附动力学最佳拟合模型是准二级动力学模型,表明该过程为物理化学作用的单层吸附.NSC对TC的最大实际吸附量为559.78 mg·g^(-1),能在第15 h达到吸附平衡.③吸附机理包括:氢键作用、π-π作用、静电作用、颗粒内扩散、液膜扩散等.④NSC对TC的吸附效果普遍高于多种碳材料及其改性材料吸附剂,制备NSC的成本约为59.14元·kg^(-1),较廉价、具有推广价值.本研究为含四环素废水的治理提供了材料和技术方面的科学依据.