论文总字数：18791字

目 录

摘要 1

1 绪论 3

1．1磺胺抗生素简介 3

1.1.1磺胺的性质 3

1.1.2磺胺的现状 3

1.2磺胺的危害 4

1.2.1磺胺的毒性 4

1.2.2磺胺对于生态环境的危害 4

1.2.3对于临床治疗的影响 4

1.3磺胺在水环境中的环境行为 4

1.3.1磺胺的生物降解 4

1.3.2磺胺的水解 5

1.3.3磺胺的光解 5

1.4去除水中磺胺类抗生素的方法 5

1.4.1生物处理方法 5

1.4.1.1好氧处理法 5

1.4.1.2厌氧处理法 6

1.4.1.3好氧厌氧处理法 6

1.4.2化学处理法 6

1.4.2.1混凝沉淀法 6

1.4.2.2光降解法 6

1.4.2.3化学氧化法 7

1.4.3物理法 7

1.4.3.1膜处理法 7

1.4.3.2吸附法 7

1.5芦苇生物炭 7

2 实验材料与方法 8

2.1材料与仪器设备 8

2.1.1药品与原料 8

2.1.2 实验仪器与设备 8

2.2 实验方法 9

2.2.1生物炭的制备 9

2.2.2储备溶液的配制 9

2.2.3磺胺标准曲线的绘制 10

2.2.4吸附试验方法 10

2.2.4.1炭的不同投加量对吸附实验的影响 11

2.2.4.2不同pH对吸附实验的影响 11

2.2.4.3不同温度对吸附实验的影响 11

2.2.4.4吸附等温线实验 11

2.2.4.5动力学实验 12

3 实验结果与讨论 12

3.1生物炭投加量对实验的影响 12

3.2溶液pH对实验的影响 13

3.3不同温度对实验的影响 14

3.4芦苇生物炭吸附磺胺的吸附等温线实验 14

3.5芦苇生物炭吸附磺胺的动力学实验 15

4 结论 17

5参考文献 18

致谢 20

芦苇生物炭去除水中磺胺的研究

邵凯迪

，China

Abstract：Sulfonamides antibiotics are currently widely used in China and the world.Because it is difficult to be absorbed and degraded,it will be discharged into the environment.Currently,the content of sulfonamides antibiotics in the environment is very low,but with the accumulation of time, sulfonamides antibiotics will caused irreparable damage on environment even human slowly.The re-

movel of sulfonamides deserves attention.In this experiment, the abandoned reed was pyrolyzed into biochar at a high temperature of 400℃,and the static adsorption experiment of sulfonamide in water was carried out by the prepared biochar.Setting different carbon dosage,pH,temperature respectively,to explore the effects of different factors on the adsorption of reed biochar on sulfonamide.The results showed that the adsorption capacity and removal rate of sulfonamide were very high when the dosage of biochar was 0.1g in the concentration of 10mg/L of sulfonamide solution;Under the strong acid condition, the adsorption of sulfonamide by reed biochar is the best; With the decrease of temperature, the adsorption capacity gradually increased.The adsorption isotherm of biochar on sulfonamides in the water is in accordance with the Frendlich isothermal adsorption model,which indicates that the adsorption of biochar on sulfonamide is a multi-layer adsorption,and the amount of adsorption increases with the increase of sulfonamide concentration. The adsorption isotherm of biochar on sulfonamides is more suitable for the quasi-second-order kinetics model,this further indicates that the adsorption is a process that dominated by chemical adsorption.Using biochar to adsorb sulfonamides antibiotics is a technology which is worth further development.

Key words：reed biochar adsorption sulfonamide antibiotic

1 绪论

1．1磺胺抗生素简介

1.1.1磺胺的性质

磺胺类抗生素自问世以来已经有80多年的历史了，是具有对氨基本磺酰胺及其各种衍生物的总称，可以通过人为的方法将其磺胺酰基上的氢用不同的杂环取代，从而制得不同种类的磺胺类药物^[1]。

磺胺类抗生素通常是以晶体或者粉末的形式存在，呈白色或者黄色，无臭无味并且性质比较稳定，耐储存。磺胺本身微溶于水，但可以溶于许多有机物如乙醇等。大部分的磺胺酸度系数在5到8之间。

1.1.2磺胺的现状

目前，磺胺类抗生素已经有数千种类型，其凭借其较低的成本，使用方法简便，可以针对的病菌广泛等，已经成为我国使用最为广泛的抗生素之一。在医药，水产养殖和畜牧方面均使用广泛^[2]。有报道称，在2013年中国的磺胺类抗生素产量高达16.2万吨，其中52%用于畜牧业，相比2012年的美国和英国在畜牧业上磺胺的使用量，中国是美国的5.77倍，是英国的200多倍^[3]。在兽药方面，王立君等^[4]通过对猪肉中磺胺类抗生素的检测发现，近十几年中，磺胺类抗生素残留量比其他抗生素的都要多。同时人体或者动物摄入磺胺后，60%到90%会随着尿液排除体外，从而造成对环境的影响^[5]。

虽然环境中的磺胺含量很少，但是分布广泛，且在慢慢危害着环境。国内当前的大部分污水处理工艺，仅是对各种含氧有机物和各种氮磷有机物，这些工艺对于抗生素的去除几乎没有任何效果^[6]。在去除抗生素方面我国的技术还不成熟，且抗生素的危害并没有引起人们很广泛的重视。但是结合抗生素危害这一不争的现实，有必要将抗生素作为一种污染物，来得到人们的重视。

1.2磺胺的危害

1.2.1磺胺的毒性

虽然环境中的磺胺大多是以ng/L或者µg/L的量级存在，但是磺胺很难降解，随着时间的积累，会逐渐对环境产生危害，人类作为食物链的最顶层，必定会最终危害到人类自己 ^[7]。Quinn B等^[8]对啮齿类动物使用磺胺类抗生素，发现磺胺阻碍动物的甲状腺素合成，导致甲状腺增生或者严重的会导致肿瘤的产生。对于人体，长时间的摄入磺胺类抗生素，会使人体内的细菌对药物产生抗药性，从而影响到人体内的其他细菌群，甚至使它们也获得抗药性。磺胺也可导致人体的过敏反应，产生尿，造血紊乱等不良的作用。

1.2.2磺胺对于生态环境的危害

环境中某些特定的微生物会受到磺胺的抑制，从而其生长受限甚至会被直接杀死，而一些具有耐药性的微生物便会生存下来，使优势菌种大量繁殖，从而导致环境多样性被破坏^[9]。对于水生生物，同样的耐药性好的种群得以生存下来，而对于磺胺类药物敏感的动物则会遭到灭绝，从而进一步导致造成水生动物种群的结构单一。

1.2.3对于临床治疗的影响

由于人体长期处于抗生素的环境下，使体内的一些菌株产生很强的抗药性，从而影响人体内其他健康的微生物种群，并可能诱导产生耐药性的特性。当人体收到微生物方面的健康威胁时，由于致病微生物早以获得了抗药性，此时再使用抗生素就难以取得很好的疗效。因此，磺胺类药物在人体内的逐渐累积是一种很大的隐患。

1.3磺胺在水环境中的环境行为

磺胺进入水中后会进行一系列的物化及生物反应，可以与微生物、植物以及光等发生反应。由于水的流动性强，会导致进一步的环境污染。当然，磺胺除了在水中的环境行为，在土壤中也有。但是土壤相对比较固定，所以其引起的危害远没有在水中的大。本实验仅仅研究生物炭对水种磺胺的吸附，所以以下只是探究一下磺胺的对于自然环境的一些环境行为。

1.3.1磺胺的生物降解

生物降解可以分为植物降解和微生物降解。植物降解水中磺胺主要有三种方式：1.植物可以通过自身的作用向水中释放特定的氧化物或者酶来促进磺胺的降解；2.植物可以通过自己的根部的吸收来导致水中磺胺的转移或者降解：3.植物可能会释放某些促进水中微生物吸收降解磺胺的物质。荣婧^[10]通过使用四种不同的水生植物对磺胺嘧啶进行吸附的研究发现，水生植物均可以到导致磺胺嘧啶去除的速度变快，大大减少了水中的磺胺的含量。

微生物降解是凭借微生物自身的吸收代谢作用，通过吸收磺胺再将其转化为其他的有机分子或者无机分子。但是由于磺胺本身是一种抗生素，对于许多的细菌等微生物均有杀灭效果。所以对于微生物降解磺胺还存在很大的探索性。Mohring等^[11]通过厌氧发酵实验，对7其中不同种类的磺胺类抗生素进行去除，对于有些磺胺的去除效果很好，，对于另一些磺胺却没有效果，这说明微生物对于水中磺胺的去除极不稳定。

1.3.2磺胺的水解

磺胺本身性质稳定，在水中很难被降解。有研究指出在酸性的水环境下，磺胺相对来说易于水解。这说明水环境的pH对于磺胺的水解是一个很重要的因素。Loftin 等^[12]研究了不同pH、离子强度、温度条件对于磺胺抗生素降解的影响。结果显示，磺胺的水解受到以上因素的明显影响，同时不同水体对于磺胺的水解也会存在不同程度的影响。

1.3.3磺胺的光解

目前磺胺光解是通过光源照射后，使磺胺进行一定的反应，从而使磺胺降解或者转变为其它类型的物质。但由于磺胺有关于光解方面还缺乏报道，相关的具体光解条件还需要进一步探索。磺胺的光解主要还是取决于磺胺类抗生素本身的分子结构和各种光照条件（光照时间、光的强度、光源种类等）。巫杨等^[13]对不同pH水体下磺胺甲恶唑在自然光下的光解的研究表明，磺胺甲恶唑可以被水解，但是受到光照强度、时间等因素的影响很大。所以，综合来看，磺胺类抗生素的光解比较困难。

1.4去除水中磺胺类抗生素的方法

目前，国内主要处理水中磺胺类抗生素的方法主要有生物法、吸附处理法、膜处理法、化学氧化法等等^[14]。由于磺胺本身是一种抗生素，会抑制微生物的生长，从而威胁到处理中的微生物的生存，所以生物并非是一种处理磺胺的好方法。在膜处理工艺中，可以截留磺胺的只有纳滤和反渗透工艺，但是其陈本过高，所以难以大规模应用^[15]。当前国内去除磺胺类抗生素应用最为广泛的是化学氧化法和高级氧化法。此种方法去除率很高，且针对性很强，但由于成本高，且带有副产物产生，导致这种方法也不是最好的方法。吸附法凭借其去除率好、易操作、无副产物的优点成为去除水中有机物的一种值得探索的有效途径。使用吸附法去除各类水中杂质已经成为了当前时期的热门项目。

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