改性活性炭的制备及其对氯霉素的吸附研究

田蒙蒙　马占玲　朱绪飞

【摘 要】本文利用3%H2SO4氧化处理活性炭，对氯霉素进行吸附性能研究，探讨吸附时间、氯霉素的初始浓度、pH、吸附温度和吸附剂剂用量等因素对改性活性碳对氯霉素吸附量的影响。实验结果表明，最优的吸附条件为pH为7，吸附时间为180min，氯霉素的初始浓度为50mg/L，添加剂用量为10mg，吸附温度为30℃。正交分析表明，影响活性炭吸附的因素大小分别为pH>氯霉素初始浓度>吸附时间>吸附温度>吸附剂添加量。

【关键词】改性活性碳；吸附；氯霉素；3%H2SO4

中国分类号： TQ424.1；X701 文献标识码： A 文章编号： 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（简称CAP）分子式为C12H12C12N2O5，在常温下是种白色或带微黄绿色的长片状或针状结晶或结晶性粉末，易溶于甲醇、乙醇、丙酮等有机溶剂[1]。氯霉素是一种高效的抗生素，主要通过抑制细菌蛋白质合成抑制细菌繁殖，属抑菌剂[2]，并广泛应用于各种动物传染性疾病的防治上。由于氯霉素较强的抑菌作用，曾广泛应用于水产业，但因氯霉素极稳定，同時就带来了动物源性产品中氯霉素残留的严重问题[3]。在动物体内残余的氯霉素，可借以奶、蛋、肉等加工制品传递给人类，使人体在不知不觉中受到损伤。滥用抗生素会导致微生物耐药性增强、人体内菌群失调、增加不良反应发生概率等一系列危害[4]。因此氯霉素药物在国外较多国家已被禁用，我国也规定不得在动物源性食品中检出氯霉素，但是由于氯霉素抑菌效果好，价廉，仍有人在动物源性食品生产中违规添加氯霉素[5]。如何有效的去除水中残留的氯霉素，自然而然成为了重要的研究课题。

1 实验

1.1 活性炭的改性

取未处理的活性炭加入去离子水，加热搅拌，保持微沸约1h；冲洗活性炭，不断过滤去除杂质，干燥；取5g煮沸干燥后的活性炭，加入15mL3%H2SO4溶液，在60C恒温水浴锅内水浴加热，搅拌，持续4h，洗至中性，干燥。

1.2 热重分析

用热重分析仪对材料进行热重分析，称取3.88mg左右的样品于盛样器中，通氮气的条件下，以10°/min的速率从30℃到950℃持续升温。

1.3 吸附条件对改性活性炭吸附氯霉素的影响

（1）吸附时间；分别称取0.2g两种活性碳，各加入10mL浓度为100mg/L的氯霉素溶液。在160r/min的恒温气浴振荡器中旋转震荡，吸附时间取15、30、45、60、90、120、180、300、420、720、1440min。到达吸附时间后取出，离心，取上清液，用紫外分光光度计测上清液中剩余氯霉素的浓度，并计算其吸附量。（2）氯霉素的初始浓度：常温下分别取10mL初始浓度为5、10、15、20L、30、50、80、100mg/L的氯霉素溶液于离心管中，再分别加入0.2g两种活性炭，反应，测定氯霉素含量。（3）吸附温度：称取0.2g两种活性炭若干份，分别加入到10mL初始浓度为20mg/L的离心管中。在25、30、40、50、60℃下反应，测定氯霉素含量。（4）吸附剂用量：分别取10mL 浓度为20mg/L 的氯霉素溶液加入到两组若干离心管中，分别加入 0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0g的两种活性碳，25℃下反应，测定氯霉素含量。（5）pH：取浓度为20mg/L的氯霉素溶液10mL于离心管中，调节pH为1、2、3、4、5、6、7。称取0.2g的两种改性活性炭分别加入溶液中反应，测定氯霉素含量。

2 实验结果与讨论

2.1 热重分析

图1是两种活性碳的热重曲线，a是3%H2SO4处理的活性炭的热重曲线，b是未经处理的活性炭的热重曲线。从图中能够看出，两种活性炭在30℃到190℃之内的热稳定性较好，不易分解，两种活性炭的失重率分别为0.9%和0.8%。在190℃到370℃之间两种活性炭是一个较快速的失重过程，失重率分别为3.12%和1.2%。在370℃到950℃时，两种活性炭以缓慢的速率失重，失重率分别为8.2%和8.6%，此过程只有不到10%的失重，此阶段主要是热解的过程。

2.2 吸附条件对改性活性炭吸附氯霉素的影响

实验结果表明，（a） 吸附量随着吸附时间的增加而逐渐增大，后又逐渐趋于平稳。3%H2SO4改性的活性炭高于未经改性活性炭对氯霉素的吸附量，吸附效果更顯著。在30-45min范围内，两种活性炭对氯霉素的吸附量增长速度较快。在7h以后，单位吸附量达到平衡。此后，吸附量基本没有明显变化。（b）两种活性炭随着氯霉素初始浓度的增加，对氯霉素的吸附量都是呈上升的趋势，当浓度为100mg/L时，吸附量达到最大。总体来看，3% H2SO4改性活性炭比未处理的活性炭的吸附量大。（c）两种活性炭对氯霉素的吸附量都是随着温度的增加而逐渐减少的，呈下降的趋势。25℃时，3% H2SO4改性活性炭约是未改性的吸附量的1.22倍。（d）随着溶液pH增加，吸附剂的吸附量也在逐渐增加，当pH达到7时，两种吸附剂对氯霉素的吸附量都达到了最大值。总体来看，3% H2SO4改性活性炭高于未改性的活性炭的吸附量。（e）随着吸附剂用量增加，单位吸附量逐渐降低。当吸附剂添加量大于0.2g时，吸附剂的单位吸附量变化趋势逐渐下降。

2.3 吸附条件的正交实验结果

表1为正交实验结果表。

通过表1中极差分析数据得出，各因素对活性炭吸附氯霉素性能的影响顺序为：pH A>氯霉素初始浓度B>吸附时间D>反应温度E>吸附剂添加量C。改性活性炭吸附水溶液中氯霉素的最佳吸附条件为：pH为7，氯霉素的初始浓度50mg/L，吸附剂添加量为0.1g，反应时间为180min，反应温度为30℃，此时的单位吸附量为51.52mg/g。

3 结论

（1）本实验用3%H2SO4对活性炭进行改性，经由热重分析表明，H2SO4改性的活性炭耐热好，在190℃之前的失重率都不到1%，热稳定好。

（2）本实验研究了两种活性炭的pH、氯霉素初始浓度、温度、吸附剂添加量等因素对水溶液中氯霉素吸附效果的影响。对各单因素进行正交试验，结果表明：影响活性炭吸附的因素大小为pH>氯霉素初始浓度>吸附时间>吸附温度>吸附剂添加量；本实验活性炭最佳的吸附条件为：pH为7，温度为30℃，氯霉素的初始浓度为50mg/L，吸附时间为180min，吸附剂添加量为0.2g，此时单位最大吸附量为51.52mg/g。

【参考文献】

[1]王仁华.浅谈氯霉素的概况及其检测方法[J].湖南饲料， 2015， 05：27-29.

[2]王小林， 张翔.门急诊抗生素不合理用药处方分析[J].科技视界， 2013（06）：72， 170.

[3]郭莉， 宋永杰， 周长民，等.食品中氯霉素残留的检测[J].品牌与标准化， 2010， 04：57-58.

[4]姜诚，黄慧.游走在崩溃边缘的抗生素[J].科技视界， 2012， 24：361-362，378.

[5]李桂伟，花丽茹.禁用兽药-氯霉素[J].黑龙江水产， 2015， 03：23-25.