(王俊)一直以来,我国水资源短缺以及水污染问题严重,同时废水排放量居高不下,水环境亟待改善。废水中抗生素的污染较为严重,其中四环素的危害是巨大的。从人体健康来说,抗生素会随着排泄物等进入环境中,对水体和土壤环境造成污染,并且通过菜和农作物的吸收,随着食用而进入人体,长期积累会产生过敏反应、呼吸困难、激素失调等症状,甚至导致肝功能异常。从耐药基因方面来说,四环素在水体中长期积累,一些微生物被四环素抑制而灭亡,另一部分产生基因突变、产生强大的耐药性,形成免疫。长此以往环境中以及人体中抗药菌大量繁殖,甚抗药菌或抗药基因进入人体,降低现有药物治疗效果。
故四川农业大学土木工程学院的科研团队“河清海晏——水处理工艺革新者”于2023年1月1日起在都江堰校区2207实验室以研究高效吸附剂去除抗生素为目标进行了为期15日的实验。
在经过了前期的前期的问卷调查、实验方案的制定后,实验团队严格按照《地表水和污水监测技术规范》、《水质河流采样技术指导》进行规范的实验操作。我校实验室的实验仪器设备共享平台拥有傅里叶红外光谱仪、质构仪、万能材料电子试验机、激光粒度分析仪、流变仪、差示扫描量热仪、扫描电子显微镜等重要测试仪器;此外还有热封仪和恒温恒湿箱等相关实验设备,这些都为本项目的顺利实施提供了可靠的研究平台和设备保障。实验期间由具有有相关专业知识以及课题经验的老师监督指导,保证此次实验可以顺利高效的开展。以下为本次实验的具体流程:
本实验主要研究FMCO吸附剂的最优制备条件和应用性能。在碱性条件下,将KMnO4、CuSO4、Fe3O4按一定比例溶液混合,搅拌数分钟后静止陈化一段时间,倒出上清液,洗涤、抽滤、干燥、研磨成粉末,制得FMCO多金属氧化物吸附剂。
研究中对合成物进行FTIR、SEM、EDS、XRD、XPS、VSM、BET、EPR等表征分析等,分析产品的表面形态、组成元素、官能团对红外光吸收能力、晶体结构、元素组成和键能、磁化强度、比表面积和孔隙度、自由基等特征,探究合成物的各类特性和反应中的机理。
在吸附实验中,使用四环素水溶液为吸附对象。以铁锰铜氧化物含量比、时间、温度、浓度、pH、是否紫外光照作为变量,使用磁力搅拌器,分析的在不同情况下的吸附剂对四环素溶液的吸附率和吸附量。从而研究吸附动力学、吸附热力学、吸附等温线等。通过改变实验中溶液的酸性条件,着重研究吸附过程中转化、络合、吸附各作用效率占比以及光催化降解原理。
采用磁分离技术,利用吸附剂中所含的Fe3O4磁性氧化物,使完成吸附的物质可以有效实现固液分离;再使用NaOH和乙醇混合溶液对分离的固体物质进行洗脱,实现吸附剂与四环素的分离,使吸附剂有效回收利用。
图为将样品放置于摇床中定时震荡。王俊 供图。
图为实践团队的样品制备过程。 王俊 供图。
图为样品抽滤过程。 王俊 供图。
图为样品检测后得到的具体数据:(a)吸附剂用量、(b)初始pH对吸附的影响、(c)接触时间对吸附的影响、 (d) Cu(II)初始吸附浓度、(e)温度对吸附的影响。 王俊 供图。
综上所述,本次实验的具体操作有效、可行;团队获取了该水处理剂的絮凝与抗菌性能评价数据,实验数据对后期水处理剂的研制有着重要的支撑作用;在此次的实验中,团队全体成员积极参与实验,并从中熟悉了实验的各项仪器的使用方法,掌握了实验的各项操作流程,丰富了自身的实验经验,并切实感受到如今水处理剂正趋于结构复杂化,逐渐向高效、多功能、复合化、低毒化方向发展,同时对水处理剂的适用范围,使用条件和原理有了更深刻的了解。
与此同时,随着团队成员的熟练度越来越高,使得本次实验的进度加快、预估的实验周期大大缩短。虽然实验过程中出现了各种问题,如:实验器材的不足、部分实验数据不佳等,但是团队努力克服困难,最终完成了预计的目标。
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