改性活性炭的制備及其對氯霉素的吸附研究

田蒙蒙　馬占玲　朱緒飛

【摘 要】本文利用3%H2SO4氧化處理活性炭，對氯霉素進行吸附性能研究，探討吸附時間、氯霉素的初始濃度、pH、吸附溫度和吸附劑劑用量等因素對改性活性碳對氯霉素吸附量的影響。實驗結果表明，最優的吸附條件為pH為7，吸附時間為180min，氯霉素的初始濃度為50mg/L，添加劑用量為10mg，吸附溫度為30℃。正交分析表明，影響活性炭吸附的因素大小分別為pH>氯霉素初始濃度>吸附時間>吸附溫度>吸附劑添加量。

【關鍵詞】改性活性碳；吸附；氯霉素；3%H2SO4

中國分類號： TQ424.1；X701 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）31-0130-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.31.063

【Abstract】The optimal experiment conditions was explored， of which were composed the adsorption time， the initial concentration of chloramphenicol， reaction pH， reaction temperature and additive dosage and other factors for the absorption of the modified activated carbon， the activated carbon which had been modified by 3% H2SO4 was also used for the adsorption analysis of chloramphenicol. The experimental results showed that the optimum conditions for the adsorption were designed as follows： pH 7， reaction time 180 min， initial concentration of chloramphenicol50mg/L， additive dosage 10 mg， reaction temperature 30°C. The factors affecting the adsorption of activated carbon were pH> chloramphenicol initial concentration > adsorption time > adsorption temperature>adsorbent dosage.

【Key words】Modified activated carbon；Adsorption；Chloramphenicol；3%H2SO4

0 前言

氯霉素（簡稱CAP）分子式為C12H12C12N2O5，在常溫下是種白色或帶微黃綠色的長片狀或針狀結晶或結晶性粉末，易溶于甲醇、乙醇、丙酮等有機溶劑[1]。氯霉素是一種高效的抗生素，主要通過抑制細菌蛋白質合成抑制細菌繁殖，屬抑菌劑[2]，并廣泛應用于各種動物傳染性疾病的防治上。由于氯霉素較強的抑菌作用，曾廣泛應用于水產業，但因氯霉素極穩定，同時就帶來了動物源性產品中氯霉素殘留的嚴重問題[3]。在動物體內殘余的氯霉素，可借以奶、蛋、肉等加工制品傳遞給人類，使人體在不知不覺中受到損傷。濫用抗生素會導致微生物耐藥性增強、人體內菌群失調、增加不良反應發生概率等一系列危害[4]。因此氯霉素藥物在國外較多國家已被禁用，我國也規定不得在動物源性食品中檢出氯霉素，但是由于氯霉素抑菌效果好，價廉，仍有人在動物源性食品生產中違規添加氯霉素[5]。如何有效的去除水中殘留的氯霉素，自然而然成為了重要的研究課題。

1 實驗

1.1 活性炭的改性

取未處理的活性炭加入去離子水，加熱攪拌，保持微沸約1h；沖洗活性炭，不斷過濾去除雜質，干燥；取5g煮沸干燥后的活性炭，加入15mL3%H2SO4溶液，在60C恒溫水浴鍋內水浴加熱，攪拌，持續4h，洗至中性，干燥。

1.2 熱重分析

用熱重分析儀對材料進行熱重分析，稱取3.88mg左右的樣品于盛樣器中，通氮氣的條件下，以10°/min的速率從30℃到950℃持續升溫。

1.3 吸附條件對改性活性炭吸附氯霉素的影響

（1）吸附時間；分別稱取0.2g兩種活性碳，各加入10mL濃度為100mg/L的氯霉素溶液。在160r/min的恒溫氣浴振蕩器中旋轉震蕩，吸附時間取15、30、45、60、90、120、180、300、420、720、1440min。到達吸附時間后取出，離心，取上清液，用紫外分光光度計測上清液中剩余氯霉素的濃度，并計算其吸附量。（2）氯霉素的初始濃度：常溫下分別取10mL初始濃度為5、10、15、20L、30、50、80、100mg/L的氯霉素溶液于離心管中，再分別加入0.2g兩種活性炭，反應，測定氯霉素含量。（3）吸附溫度：稱取0.2g兩種活性炭若干份，分別加入到10mL初始濃度為20mg/L的離心管中。在25、30、40、50、60℃下反應，測定氯霉素含量。（4）吸附劑用量：分別取10mL 濃度為20mg/L 的氯霉素溶液加入到兩組若干離心管中，分別加入 0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0g的兩種活性碳，25℃下反應，測定氯霉素含量。（5）pH：取濃度為20mg/L的氯霉素溶液10mL于離心管中，調節pH為1、2、3、4、5、6、7。稱取0.2g的兩種改性活性炭分別加入溶液中反應，測定氯霉素含量。

2 實驗結果與討論

2.1 熱重分析

圖1是兩種活性碳的熱重曲線，a是3%H2SO4處理的活性炭的熱重曲線，b是未經處理的活性炭的熱重曲線。從圖中能夠看出，兩種活性炭在30℃到190℃之內的熱穩定性較好，不易分解，兩種活性炭的失重率分別為0.9%和0.8%。在190℃到370℃之間兩種活性炭是一個較快速的失重過程，失重率分別為3.12%和1.2%。在370℃到950℃時，兩種活性炭以緩慢的速率失重，失重率分別為8.2%和8.6%，此過程只有不到10%的失重，此階段主要是熱解的過程。

2.2 吸附條件對改性活性炭吸附氯霉素的影響

實驗結果表明，（a） 吸附量隨著吸附時間的增加而逐漸增大，后又逐漸趨于平穩。3%H2SO4改性的活性炭高于未經改性活性炭對氯霉素的吸附量，吸附效果更顯著。在30-45min范圍內，兩種活性炭對氯霉素的吸附量增長速度較快。在7h以后，單位吸附量達到平衡。此后，吸附量基本沒有明顯變化。（b）兩種活性炭隨著氯霉素初始濃度的增加，對氯霉素的吸附量都是呈上升的趨勢，當濃度為100mg/L時，吸附量達到最大。總體來看，3% H2SO4改性活性炭比未處理的活性炭的吸附量大。（c）兩種活性炭對氯霉素的吸附量都是隨著溫度的增加而逐漸減少的，呈下降的趨勢。25℃時，3% H2SO4改性活性炭約是未改性的吸附量的1.22倍。（d）隨著溶液pH增加，吸附劑的吸附量也在逐漸增加，當pH達到7時，兩種吸附劑對氯霉素的吸附量都達到了最大值。總體來看，3% H2SO4改性活性炭高于未改性的活性炭的吸附量。（e）隨著吸附劑用量增加，單位吸附量逐漸降低。當吸附劑添加量大于0.2g時，吸附劑的單位吸附量變化趨勢逐漸下降。

2.3 吸附條件的正交實驗結果

表1為正交實驗結果表。

通過表1中極差分析數據得出，各因素對活性炭吸附氯霉素性能的影響順序為：pH A>氯霉素初始濃度B>吸附時間D>反應溫度E>吸附劑添加量C。改性活性炭吸附水溶液中氯霉素的最佳吸附條件為：pH為7，氯霉素的初始濃度50mg/L，吸附劑添加量為0.1g，反應時間為180min，反應溫度為30℃，此時的單位吸附量為51.52mg/g。

3 結論

（1）本實驗用3%H2SO4對活性炭進行改性，經由熱重分析表明，H2SO4改性的活性炭耐熱好，在190℃之前的失重率都不到1%，熱穩定好。

（2）本實驗研究了兩種活性炭的pH、氯霉素初始濃度、溫度、吸附劑添加量等因素對水溶液中氯霉素吸附效果的影響。對各單因素進行正交試驗，結果表明：影響活性炭吸附的因素大小為pH>氯霉素初始濃度>吸附時間>吸附溫度>吸附劑添加量；本實驗活性炭最佳的吸附條件為：pH為7，溫度為30℃，氯霉素的初始濃度為50mg/L，吸附時間為180min，吸附劑添加量為0.2g，此時單位最大吸附量為51.52mg/g。

【參考文獻】

[1]王仁華.淺談氯霉素的概況及其檢測方法[J].湖南飼料， 2015， 05：27-29.

[2]王小林， 張翔.門急診抗生素不合理用藥處方分析[J].科技視界， 2013（06）：72， 170.

[3]郭莉， 宋永杰， 周長民，等.食品中氯霉素殘留的檢測[J].品牌與標準化， 2010， 04：57-58.

[4]姜誠，黃慧.游走在崩潰邊緣的抗生素[J].科技視界， 2012， 24：361-362，378.

[5]李桂偉，花麗茹.禁用獸藥-氯霉素[J].黑龍江水產， 2015， 03：23-25.