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抗生素污染危害大，磺胺二甲嘧啶（SMZ）难去除。研究人员以畜禽粪便生物炭为对象，探究热解氧浓度对其吸附 SMZ 的影响。发现低氧浓度可提升吸附效率和生物炭稳定性。这为优化生物炭制备、治理抗生素污染提供新思路。
研究背景
在现代社会，抗生素广泛应用于工业和农业领域，就像一把双刃剑，在发挥抗菌作用的同时，也带来了诸多麻烦。磺胺类抗生素作为其中重要的一类，凭借着抗菌谱广、疗效好、成本低的优势，在欧洲的抗生素消费总量中占比达 11 - 23%。磺胺二甲嘧啶（SMZ）更是因为价格亲民、抗菌效果出色，被频繁用于各种细菌感染的治疗。
然而，SMZ 就像一个隐藏在环境中的 “定时炸弹”。它在土壤中的吸附能力很差，即使在水体环境中浓度很低，也会对水生生物和生态系统构成严重威胁。目前，去除水环境中抗生素的方法多种多样，如混凝絮凝法、高级氧化法、膜技术、生物降解法和吸附法等。在这些方法里，吸附法凭借操作简单、成本低、处理效果好等优点脱颖而出，并且吸附剂还能通过热解或溶剂法再生重复使用。
生物炭作为一种由有机废物碳化而来的吸附材料，既环保又经济。但目前针对牛粪基生物炭吸附去除 SMZ 的研究还比较少。而且，生物炭在制备过程中，氧浓度对其产量、特性以及吸附性能的影响，也没有得到充分的研究。因此，开展这项研究十分必要，它将为解决 SMZ 污染问题提供新的方向和方法。
研究概况
韩国的研究人员针对上述问题，开展了以畜禽粪便衍生生物炭吸附 SMZ 为主题的研究，重点探究生物炭制备过程中氧浓度（0.5 - 10%）对其特性和吸附 SMZ 能力的影响。研究还深入分析了热解温度、SMZ 溶液 pH 等参数，并对生物炭的重复使用性进行了测试，以评估其实际应用潜力。该研究成果发表在《Biomass and Bioenergy》上，为生物炭在抗生素污染治理领域的应用提供了重要的理论依据和实践指导。
研究人员在研究中主要运用了以下关键技术方法：首先，通过控制热解过程中的氧浓度，制备不同条件下的生物炭样本；然后，采用元素分析、 proximate analysis 等手段对生物炭的化学组成和特性进行表征；接着，进行吸附实验，测定生物炭对 SMZ 的吸附效率；最后，通过连续流实验，研究吸附过程中的突破动力学。
研究结果
- 生物炭特性受氧浓度影响：对生物炭进行 proximate analysis 发现，随着氧浓度增加，生物炭的灰分含量上升，挥发性成分和固定碳含量下降，这意味着高氧浓度会导致生物炭氧化，碳含量降低。Elemental analysis 显示，氧浓度从 0.5% 增至 10% 时，碳含量大约下降了 96%，其他元素（除硫外）也逐渐减少。这表明氧浓度对生物炭的元素组成和结构有着显著影响，进而会影响其吸附性能。
- 氧浓度和热解温度影响吸附效率：研究发现，热解过程中氧浓度的增加会使生物炭发生氧化，降低其碳含量和吸附效率。而更高的热解温度和更低的氧浓度能够提升 SMZ 的去除效率，这主要是因为在这种条件下生物炭的比表面积增大。比表面积越大，生物炭与 SMZ 接触的机会就越多，吸附效果也就越好。
- 生物炭的重复使用性能差异显著：实验结果表明，在 0.5% 氧浓度下制备的生物炭，在至少四次重复使用后，仍能保持 90% 以上的去除效率；而在较高氧浓度下制备的生物炭，重复使用时效率明显下降。这说明低氧浓度制备的生物炭稳定性更好，更适合实际应用中的多次循环使用。
- 连续流实验因素分析：连续流实验表明，流速、柱高和初始溶质浓度对突破动力学有显著影响。较低的流速和增加的柱高有利于生物炭对 SMZ 的吸附，在这些条件下能够观察到最佳的吸附效果。这为实际应用中优化生物炭吸附 SMZ 的工艺参数提供了参考。
- 吸附过程符合特定模型：通过对畜禽废水的实验发现，生物炭对 SMZ 的吸附过程符合 Freundlich 和 Elovich 模型。这意味着吸附是在生物炭的非均相位点上不均匀发生的，并且是由作为非均相扩散过程的传质控制的。这揭示了生物炭吸附 SMZ 的内在机制，有助于深入理解吸附过程。
研究结论与意义
本研究全面评估了牛粪衍生生物炭对水溶液中 SMZ 的吸附性能，并深入探究了热解过程中氧浓度的影响。研究结果表明，氧浓度对生物炭的特性有着至关重要的影响，较高的氧浓度会促进生物炭氧化，降低其碳含量和比表面积，进而影响吸附效率。而 0.5% 氧浓度下制备的生物炭展现出了优异的重复使用性能。
这些研究结论具有重要的意义。一方面，为生物炭的制备工艺优化提供了理论依据，在未来生产用于吸附 SMZ 的生物炭时，可以通过精准控制氧浓度，提高生物炭的吸附性能和稳定性；另一方面，为水环境中 SMZ 等抗生素污染的治理提供了新的技术支持和解决方案，推动了生物炭在环保领域的实际应用。
