（中國地質(zhì)大學(xué)，北京/呂國誠，毛飛，杜高翔，王小雨，何文會(huì )，劉瑠）引言
近年來(lái)，隨著(zhù)科技工業(yè)的高速發(fā)展，化學(xué)品已經(jīng)與人類(lèi)生活緊密相連。據統計，我們日常生活和工農業(yè)生產(chǎn)所使用的化學(xué)品已多達100000種以上。上個(gè)世紀70年代末，環(huán)境中的化學(xué)品及其危害，已引起了國際環(huán)境科學(xué)界乃至公眾的廣泛關(guān)注。這些引起廣泛關(guān)注的化學(xué)品污染物，大多具有毒性大、含量微、易生物富集的特點(diǎn)。特別是與人類(lèi)生活生產(chǎn)密切相關(guān)，并且廣泛應用的抗生素。目前，許多有關(guān)抗生素和其他藥物在土壤中的環(huán)境行為和生態(tài)效應的信息主要從農藥及其它有機污染物的相關(guān)研究中推導獲得的，而針對抗生素等藥物在土壤的遷移、轉化以及毒性等的研究較少，僅有美國在歐盟幾個(gè)國家在本世紀初開(kāi)始了環(huán)境中抗生素風(fēng)險評估的調查。我國的抗生素不合理使用情況可能比歐洲和美國等國更為嚴重，但對抗生素的環(huán)境行為和環(huán)境毒性研究還處于起步階段。
抗生素一直被長(cháng)期大量地用于人和動(dòng)物的疾病治療，由于大部分抗生素不能完全被機體吸收，有高達85%以上抗生素以原形或代謝物形式經(jīng)由病人和畜禽糞尿排入環(huán)境，經(jīng)不同途徑對土壤和水體造成污染。
通過(guò)一些學(xué)者們的研究發(fā)現，抗生素在水體沉積物和土壤上的吸附和結合，是其主要環(huán)境歸宿之一。土壤是抗生素等污染物質(zhì)的最終歸宿之地。在土壤中，抗生素將發(fā)生一系列的物理、化學(xué)和生物反應其中一部分降解或轉化為無(wú)害物質(zhì)；一部分被土壤所吸附，長(cháng)期存在于土壤環(huán)境中，并將在土壤中積累，進(jìn)而對環(huán)境產(chǎn)生長(cháng)期和深遠的影響?？股卦诃h(huán)境中的遷移轉化等環(huán)境行為的研究在國外已經(jīng)有文獻報道，而在我國，這方面的研究才剛剛開(kāi)始，到目前為止，其研究還較為淺顯，對抗生素在土壤環(huán)境中的研究十分有限，簡(jiǎn)單說(shuō)明情況有待于進(jìn)行系統深入的研究，使抗生素在土壤中的污染規律以及機理更加明確。
因此，有效去除殘留在土壤和水體中的抗生素具有很大意義。用粘土礦物吸附污水中的抗生素是新的研究領(lǐng)域，本論文主要針對撲爾敏進(jìn)行實(shí)驗，采用滑石對其進(jìn)行吸附，從吸附動(dòng)力學(xué)、撲爾敏溶液的濃度及pH環(huán)境三方面，研究滑石對水中撲爾敏的吸附作用。對吸附后經(jīng)離心的固體沉淀進(jìn)行XRD、FTIR、SEM三種測試，證明滑石對水中撲爾敏的吸附類(lèi)型及吸附機制。
1 實(shí)驗
1.1 主要實(shí)驗材料
1.1.1 滑石
滑石化學(xué)式Mg3[Si4O10](OH)2，硬度為1，相對密度是2.58～2.83。富有滑膩感，有較高的電絕緣性?；Y構破壞溫度約970℃，顯著(zhù)熱失重在900℃以上，由脫羥作用引起。耐火度達1490～1510℃。1350℃時(shí)收縮率僅4.5%，且機械強度和硬度大。本實(shí)驗的滑石原料來(lái)自美國普度大學(xué)的粘土礦物庫。
1.1.2 撲爾敏
撲爾敏(Chlorpheniramini Maleas)，為順丁烯二酸1-( 對一氯苯基)-1-(2-吡啶)-3-二甲基氨基丙烷。又稱(chēng)：馬來(lái)酸氯非那敏(Chlorpheniramine Maleate)，氯屈米通(Chlor-trimeton)，是最常見(jiàn)的抗組織胺藥。臨床主要用于皮膚粘膜的變態(tài)反應性疾病，如蕁麻疹、枯草熱、過(guò)敏性鼻炎、藥疹、蟲(chóng)咬、結膜炎和接觸性皮炎等效果較好。本品為白色結晶性粉末，無(wú)臭，味苦，熔點(diǎn)132℃～135℃，易容于水(1︰4)、氯仿及乙醇，微溶于乙醚，其1%水溶液pH值4～5。撲爾敏又叫馬來(lái)酸氯苯吡胺，它的相對分子質(zhì)量是390.9g/mol，21ºC時(shí)，在水中的溶解度是1-5g/100mL，logKOW值是3.38。它的分子結構結構如圖1所示。
圖1 撲爾敏分子結構圖
一般實(shí)驗儀器、電子天平（AB204-S）、數顯水浴恒溫振蕩器（SHA-BA）、電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（DAG-9140A）、高速離心機（HC-3515）、紫外可見(jiàn)分光光度計（T6新世紀(1650F)）、pH計、pH計復合電極、X射線(xiàn)粉晶衍射儀（Dmax 12KW）、冷場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡、傅立葉變換紅外光譜儀（Spectrum100）等
1.3 實(shí)驗方法
1.3.1實(shí)驗流程
從吸附動(dòng)力學(xué)、撲爾敏溶液的濃度及pH環(huán)境三方面研究滑石對水中撲爾敏的吸附作用的流程圖：
圖2 實(shí)驗流程圖
實(shí)驗通過(guò)改變加入滑石的撲爾敏溶液的振蕩時(shí)間、撲爾敏溶液的濃度、撲爾敏溶液的pH值得出滑石吸附水中撲爾敏的最佳條件。
吸附動(dòng)力學(xué)實(shí)驗主要以振蕩時(shí)間作為變量，研究振蕩時(shí)間對吸附作用的影響。配制濃度為1000mg/L的撲爾敏溶液，分取10個(gè)容量為20mL的試樣，在各試樣中加入0.1g滑石；試樣在30℃條件下，以150r/min振蕩不同時(shí)間；以7600r/min離心20分鐘，取出上清液，用0.45μm針頭式過(guò)濾器過(guò)濾；采用波長(cháng)為264nm的紫外可見(jiàn)分光光度計測定其吸光度，得到溶液吸附后的平衡濃度，從而計算出吸附量。
濃度實(shí)驗是以濃度作變量，研究不同濃度對吸附作用的影響，并與Langmuir等溫模型擬合。
配制不同濃度的撲爾敏溶液；分取13試樣各組20mL，在試樣中均加入0.1g滑石；試樣以150r/min， 30℃下振蕩2h；以7600r/min離心20分鐘；離心后，固體留下做測試，上清液用0.45μm針頭式過(guò)濾器過(guò)濾；采用波長(cháng)為264nm的紫外可見(jiàn)分光光度計測定其吸光度，并計算出吸附量；對實(shí)驗數據進(jìn)行Langmuir等溫模型擬合，作出數據擬合曲線(xiàn)（如圖8），得到Langmuir曲線(xiàn)擬合相關(guān)系數R2。
qe(mg/L)是平衡濃度ce(mg/L)時(shí)的吸附量，qm是Langmuir常數，b是與吸附能有關(guān)的常數。
pH實(shí)驗是以撲爾敏溶液的pH值作變量，研究溶液pH值對吸附作用的影響。將溶液分別調至不同的pH值，在各試樣中均加入0.1g滑石；試樣在30℃下以150r/min振蕩2h；測定試樣實(shí)際pH值；以7600r/min離心20分鐘；上清液用0.45μm針頭式過(guò)濾器過(guò)濾；采用波長(cháng)為264nm的紫外可見(jiàn)分光光度計測定其吸光度。
1.4 樣品測試
用日本理學(xué)公司生產(chǎn)的Dmax 12KW 型X射線(xiàn)粉晶衍射儀分析吸附后的樣品物相，并根據峰值推測其吸附機制；用英國珀金埃爾默公司生產(chǎn)的Spectrum100系列傅立葉變換紅外光譜儀測定樣品的紅外譜圖并分析滑石對水中撲爾敏的吸附類(lèi)型；用日本日立公司生產(chǎn)的S4800型冷場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡測得滑石吸附撲爾敏后的掃描電子顯微鏡形貌圖，并分析滑石對水中撲爾敏的吸附機制。
2 結果與分析
2.1 滑石對水中撲爾敏的吸附作用的研究
圖3是以振蕩時(shí)間為變量，研究振蕩時(shí)間對吸附作用的影響的圖。
圖3 振蕩時(shí)間對吸附量的影響
圖4是以撲爾敏溶液濃度作變量，研究不同撲爾敏溶液濃度對吸附作用的影響的圖，圖5是圖4與Langmuir等溫模型擬合。
圖4 濃度對吸附量的影響
圖5 Langmuir等溫模型數據擬合曲線(xiàn)
分析圖4，當濃度約大于23.8mmol/L時(shí)，吸附量達到最大，約0.824mmol/g，即322.1016mg/g。而活性炭的最大吸附量200mg/g。所以滑石可以成為很好的表面吸附材料。Langmuir等溫模型擬合曲線(xiàn)濃度范圍在200mg/L～2000mg/L，擬合相關(guān)系數R2=0.9809。因此，在低濃度范圍內，此吸附實(shí)驗對Langmuir等溫模型擬合很好。
圖6是以水中撲爾敏溶液的pH值作變量，研究溶液pH值對吸附作用的影響的圖。
圖6 pH值對吸附量的影響 
圖7 撲爾敏的pK a圖
2.2 樣品測試及分析
2.2.1 XRD測試及分析
圖8為選取125mg/L、250mg/L、500mg/L、1000 mg/L、2000 mg/L五種濃度吸附后，經(jīng)離心得的固體及滑石原樣進(jìn)行X射線(xiàn)衍射測試衍射圖譜。
圖8 X射線(xiàn)衍射圖譜
2.2.2 紅外測試及分析
圖9為分別對滑石原樣和四種濃度吸附后，經(jīng)離心得到的固體進(jìn)行檢測而得到紅外光譜圖。
圖9 紅外光譜圖
2.2.3 SEM測試及分析
圖10、11為對撲爾敏原樣和濃度為10000mg/L吸附后的試樣得到的掃描電子顯微鏡形貌圖
圖10 撲爾敏的掃描電子顯微鏡形貌圖
圖11 濃度為10000mg/L時(shí)，滑石吸附撲爾敏后的掃描電子顯微鏡形貌圖
3 結論
本論文從吸附動(dòng)力學(xué)、濃度實(shí)驗擬合吸附類(lèi)型、pH值對吸附作用的影響三方面，研究了滑石對水中撲爾敏的吸附作用。通過(guò)這三組實(shí)驗數據分析及試樣測試得出以下結論：振蕩時(shí)間為2h時(shí)，足夠讓撲爾敏吸附，當濃度達到約23.8mmol/L時(shí)，吸附量達到最大，約0.824mmol/g，此后濃度變化，吸附量恒為最大吸附量，當4＜pH＜9.2時(shí)，吸附量逐漸增加；當pH＞9.2時(shí)，吸附量越大。對六種濃度吸附后的試樣做X射線(xiàn)衍射圖譜分析得出濃度的不同不影響其結構變化，而且滑石有可能是表面吸附。分析原樣與吸附后的樣品的紅外光譜圖，發(fā)現沒(méi)有新的峰出現，即沒(méi)有新的鍵生成，從而說(shuō)明滑石對水中撲爾敏的吸附是純物理吸附。固體樣品的掃描電子顯微鏡測試進(jìn)一步證明了滑石對水中撲爾敏的吸附是表面吸附。
(廈門(mén)非金屬礦加工與應用技術(shù)交流會(huì ),發(fā)表于中國粉體技術(shù)雜志）
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