Влияние растворенных гуминовых кислот и покрытых гуминовых кислот на адсорбцию тетрациклина K2CO3

Том 12 научных докладов, Номер статьи: 18966 (2022) Цитировать эту статью

878 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Гуминовые кислоты (ГК) широко присутствуют в водной среде и оказывают важное влияние на адсорбцию загрязняющих веществ. Здесь ГК (как растворенные, так и покрытые) использовались для оценки влияния на удаление органического загрязнителя тетрациклина (TC) с помощью модифицированного K2CO3 магнитного биоугля (KMBC). Результаты показали, что низкая концентрация растворенных ГК способствовала удалению ТС, вероятно, из-за мостикового эффекта, тогда как более высокие концентрации растворенных ГК ингибировали адсорбцию ТС из-за конкуренции мест адсорбции на KMBC. По данным анализа характеристик, ГК с покрытием изменили характеристики поверхности и пор KMBC, что подавило удаление TC. В эксперименте по последовательной адсорбции с участием растворенных ГК и ТК добавление ГК в конце эксперимента приводило к образованию лигандов ГК-ТК со свободным ТК, что улучшало адсорбционную способность ТК. Адсорбция ТЦ KMBC в присутствии растворенных ГК и ГК с покрытием имела тенденцию к снижению с увеличением pH от 5,0 до 10,0. Процесс адсорбции ТЦ был благоприятным и эндотермическим, и его можно было лучше смоделировать с помощью кинетики псевдовторого порядка и модели изотермы Фрейндлиха. Было высказано предположение, что водородные связи и π – π-взаимодействия являются основными механизмами влияния.

Биоуголь (BC) представляет собой пористый углеродный материал, полученный пиролизом биомассы, такой как растительные остатки и отходы животного происхождения1,2. Он считается перспективным альтернативным адсорбентом для очистки сточных вод из-за высокой пористости, термостабильности, низкой стоимости и возможности вторичной переработки3. Biochar продемонстрировал высокую эффективность в адсорбции широкого спектра загрязнений, включая тяжелые металлы и органические загрязнители4,5. Несмотря на эти преимущества, эффективное использование первичного биоугля при восстановлении окружающей среды все еще может быть улучшено, особенно в области разделения твердой и жидкой фаз и адсорбционной способности, из-за нехватки их поверхностных функциональных групп6.

Введение магнитных наночастиц на поверхность биоугля может привести к улучшению свойств разделения твердой и жидкой фаз, что, однако, происходит за счет снижения адсорбционной способности из-за заполнения мест адсорбции магнитными наночастицами7. Чтобы обойти эту проблему, была предложена химическая модификация поверхности биоугля, которая активирует биоуголь для выполнения определенных адсорбционных функций8. На сегодняшний день для активации поверхности биоугля применяются различные типы химических реагентов, такие как ZnCl2, MgCl2, KMnO4, H2SO4, H3PO4, KOH и K2CO39,10,11. Среди этих реагентов K2CO3 не представляет опасности для здоровья человека и используется в качестве пищевых добавок. Более того, было показано, что модификация биоугля активацией K2CO3 значительно улучшает площадь поверхности, объем пор и ароматичность12. Таким образом, K2CO3 является весьма применимым агентом активации биоугля.

Нанокомпозиты на основе биоугля использовались для удаления органических загрязнителей, например, антибиотиков13, красителей14 и пестицидов15. Как типичный класс органических загрязнителей, антибиотики часто обнаруживаются в поверхностных, грунтовых и питьевых водах16. Чрезмерное использование антибиотиков увеличивает риск устойчивости бактерий к лекарствам, в результате чего наиболее распространенные антибиотики больше не могут эффективно контролировать инфекционные заболевания. Высказывались также опасения по поводу антибиотиков и генов устойчивости к антибиотикам (ARG), которые могут влиять на структуру и активность популяций микроорганизмов в окружающей среде17. Более того, как только ARG успешно интегрируются в элементы передачи генов, они могут персистировать и передаваться даже в отсутствие давления отбора17,18. Таким образом, удаление примесей антибиотиков имеет важное практическое значение, и биоуголь и его производные были одобрены для этой цели4,9,19,20,21.

Тем не менее, загрязнители в реальной водной среде не изолированы, и на удаление загрязняющих веществ часто влияют другие вещества. Гуминовые кислоты (ГК), как повсеместное растворенное органическое вещество (РОВ), состоят из многочисленных функциональных групп, включая карбоксильные, фенольные и ароматические группы, которые могут модулировать взаимодействие между биоуглем и загрязнителями. Например, ГК могут изменять физико-химические свойства биоугля, изменять его поверхностную реакционную способность и влиять на его адсорбционные свойства по отношению к различным загрязнителям22. В большинстве случаев адсорбция органических загрязнителей в воде биоуглем сильно ингибируется сосуществующими ГК за счет закупорки пор и конкурентных центров адсорбции23. Напротив, были некоторые сообщения, демонстрирующие, что адсорбция антибиотиков на немодифицированном биоугле может быть улучшена в присутствии HAs24. Однако соответствующие механистические исследования влияния ГК на адсорбцию антибиотиков модифицированным биоуглем отсутствуют. Кроме того, исследований влияния ГК на агрегацию или автоокисление магнитных наночастиц мало, и связанный с этим механизм не ясен.