开题报告内容:(包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述,不少于2000字)
在我国,抗生素的生产企业众多,约占世界产量的20%-30%,许多地区的抗生素的滥用情况严重,特别是人口密度高、发展速度快的地区。虽然抗生素在人类和动物中被广泛用于治疗和预防感染性疾病,在保障人类健康和促进畜牧业的发展等方面起着重要的作用。但是,有研究表明,抗生素摄入体内后只有少部分被消化道吸收,85%以上的抗生素以原药或代谢物的形式经病人和动物的粪便和尿液排入环境中国。随着人类的排泄物直接进入城市废水或作为肥料直接播撒进入农田,对农田土壤、地表水和地下水资源以及生态系统中各类生物产生危害,并可能通过食物链而对全球的整个生态系统产生毒害作用,影响动植物和微生物的正常生命活动,最终影响人类的健康,造成不可估计的后果。其中在-些抗生素污染严重的流域已暴露了一些不良的影响,比如引起了急性或慢性毒性和产生一些耐抗生素的细菌,抗菌药物的残留会造成病原菌的耐药性增加,并对人类肠胃通道中的正常菌群产生不良影响,致使正常菌群平衡被破坏,导致有些病菌可能大量繁殖,从而危害到人类的健康,增加了人类疾病的治疗难度。这些抗生素的生产方法主要分为三大类:从微生物的培养液中提取、全化学合成法和半化学合成法。其中较为常见的主要有:四环素类(如土霉素)、磺胺类(如磺胺嘧啶)、大环内酯类(如红霉素)以及氟喹诺酮类(如诺氟沙星)等亲水性难生物降解有机物。而抗生素废水是一种含难降解的高浓度的有机废水,废水的水量大且规律性差,并且抗生素废水中还含有抗生素药物和大量的胶体物质,废水的水质条件变化大(如pH值变化大等),带有颜色和气味的一种难于处理的废水,而现有的传统水处理技术(如化学处理、生物处理等)已无法完全处理这些药用抗生素废水,因此,急需个更加安全高效的技术去除水中抗生素。
吸附法是目前去除微污染水体中毒害有机物最常见的方法。碳纳米管材料、活性炭以及多孔树脂等吸附剂因其具有较大的比表面积和丰富的孔道,能够对水体中的有机污染物有着比较好的吸附去除效果。其中,吸附树脂凭借着较好的重复利用效果在水处理过程中得到了一定的青睐。树脂处理法相比其他一-些处理方法,吸附去除水体中的有机物有一定的优势。但同时也面临着一些不足,应用于工厂中的树脂吸附法-般采用固定床的方式对目标物质进行吸附去除,这种方法处理效率较低,所需要的成本较高。而且由于树脂可以较大,吸附去除的效果有待进一步的提高。近年来许多学者致力研究的磁性树脂在一定程度上可以解决这个问题,由于树脂带有磁性,使得应用于工程中时,快速的固液分离成为可能。由于磁性树脂较好的吸附效果以及易于分离脱附再利用,可以在很大程度上解决传统树脂吸附法所面临的问题。在现有的对磁性树脂的研究和开发中,比较多的是针对分子量较大的目标物质的磁性离子交换树脂,而缺少针对小分子污染物的磁性超高交联树脂的研究。由于许多化工企业的污水含有大量的小分子物质,所以尽早地开发和利用磁性的吸附树脂显得极为关键。
两种典型类型的磁性树脂是吸附树脂和离子交换树脂。超交联吸附树脂主要用于消除非极性或疏水性有机化合物,但它们不能除去大部分带电化合物。离子交换树脂如MIEXreg;已被用于去除一些阴离子药物。通过由不同GMA剂量制备的磁性聚(DVBco-GMA)珠粒的胺化和后交联反应获得五种称为GMA10至GMA90的磁性多功能树脂。而MA50则是通过调节DVB和MA的含量,经过一系列悬浮聚合,水解和后交联反应合成了串联磁性羧基改性的超交联树脂。
基于对树脂吸附剂的综合比较,本次实验选取磁性树脂GMA-50和MA-50为吸附剂;磺胺类抗生素-磺胺甲基嘧啶和氟喹诺酮类抗生素-环丙沙星作为吸附质。研究水体中不同抗生素在不同树脂上的吸附行为及机理,并考察了溶液水质变化对吸附过程的影响,最后利用多种仪器分析手段研究吸附质与吸附剂之间的微观吸附作用机理以及吸附剂在利用的问题。
1不同的抗生素在不同的吸附剂上的吸附效果针对环丙沙星和磺胺甲基嘧啶两种不同的吸附质,试验中所用到的GMA-50和MA-50对其的吸附效果各是如何,研究对于两种抗生素最合适的吸附剂从而达到去除的最好效果。
2.溶液水质变化对树脂吸附性能的影响
针对不同种类的吸附质溶液,研究溶液中吸附质浓度、温度、酸碱度,盐离子浓度,腐殖酸等因素对树脂吸附机理的影响,探索不同的物化结构的树脂对不同抗生素的吸附规律。
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微观吸附机理研究
研究不同树脂在吸附不同浓度范围的抗生素时的微观吸附机理,分析不同吸附树脂的骨架和功能基团在吸附过程中的作用;研究吸附质与吸附剂的功能基团在吸附过程中的变化趋势及规律;研究不同抗生素分子的亲水部分和憎水部分对吸附过程的贡献。 - 树脂吸附抗生素后重复利用性能
通过重复吸附 - 解吸循环来评价串联磁性树脂对种目标药物的吸附的可重复使用性。这部分内容将根据实验进程的安排来决定是否进行树脂的重复性能的研究。
磁性树脂吸附法是一种去除水体中有机污染物的新技术,对许多水溶性有机物有比较好的吸附去除效果,同时具有吸附速率高、吸附量大、易重复利用和运行成本较低等优点,但目前针对磁性树脂的研究还比较少,对树脂结构与污染物以及干扰物质之间的作用机制还需要更多的研究。
参考文献:
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