生物炭添加对液态施肥过程中兽用抗生素降解的强化作用及机制研究

《Science of The Total Environment》：Degradation of veterinary antibiotics with biochar addition in the simulated liquid fertilization process

本文系统评估了生物炭粒径与投加量对兽用抗生素（VAs）在液态施肥过程中的降解效能。研究发现细粒径（<150 μm）和适宜投加量（1.0%）可显著提升VAs去除率（17.5–95.8%），其中大环内酯类（MLs）主要通过生物炭吸附降解，而四环素类（TCs）则主要依靠曝气作用降解。研究为畜禽粪污资源化处理过程中抗生素污染控制提供了新策略。

　　

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化学品与试剂

五种目标兽用抗生素（VAs）的参考标准品：金霉素（CTC）、土霉素（OTC）、四环素（TC）、螺旋霉素（SPM）和泰乐菌素（TYL）购自Sigma-Aldrich公司。其理化性质详见表S1。内标物西玛通购自AccuStandard公司。甲醇、乙腈和水均为HPLC级（J. T. Baker公司）。所有标准品均用甲醇配制为100 mg L^?1的储备溶液。

生物炭粒径对VAs吸附效果的影响

不同生物炭粒径对VAs吸附效率的研究表明，各VAs的平均吸附效率范围为17.5%至95.8%。其中CTC的吸附亲和力最强（85.6–95.8%），OTC次之（51.1–89.5%），而TYL的吸附能力最弱（17.5–49.5%）（图2）。

为进一步探究不同VAs吸附效率差异的原因，研究团队深入分析了其分子结构特性与生物炭表面的化学相互作用机制。

结论

通过在不同水体（去离子水与模拟液态施肥体系）中测试不同粒径和投加量的生物炭对VAs的降解效果，发现生物炭在<150 μm粒径和1.0%投加量时表现最佳。但过量投加会导致颗粒聚集，反而抑制吸附效能。此外，大环内酯类（MLs）因其内酯结构特性，吸附效率显著低于四环素类（TCs）。在液态施肥模拟实验中，好氧条件与生物炭的协同作用可显著提升VAs去除率（93.5%），为畜禽粪污抗生素治理提供了理论依据。