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高岭石对盐酸四环素的吸附模型与热力学研究

江强明

【摘要】基于高岭石是土壤中广泛分布着的黏土矿物之一，采用批处理实验方法

开展高岭石对盐酸四环素（TC）的吸附性能研究，着重考查TC初始浓度、支撑电

解质和温度等因素的影响。研究结果表明：高岭石对TC的吸附非常符合

Freundlich等温吸附模型，并呈现显著的非线性特征；且在pH=3的酸性条件下，

TC浓度升高到一定程度（＆gt;60mg/L），TC在高岭石上的吸附得到进一步增

强。同时温度显著地影响高岭石对TC的吸附，表现为温度促进TC在高岭石上的

吸附。此外，电解质加入显著影响高岭石对TC的吸附。因此，静电作用对TC在

高岭石上的吸附起着重要贡献。

【期刊名称】《闽南师范大学学报：自然科学版》

【年(卷),期】2015(028)001

【总页数】7页(P74-80)

【关键词】高岭石;盐酸四环素;吸附;热力学参数

【作者】江强明

【作者单位】闽西职业技术学院化学工程系,福建龙岩364021

【正文语种】中文

【中图分类】P579

抗生素是当前国内外被广泛应用的药物，在动物饲料中做添加剂用于防治动物的疾

病.抗生素不容易被吸收，大多数以原药和代谢产物形式从动物的粪便和尿液中排

出体外并进入环境，从而对土壤和水体环境产生一定程度上的污染［1-3］.抗生素

的污染特性现被认为具有“持久性污染物”类似特点［4］.由于盐酸四环素（TC）

具有质优、廉价和广谱性的特点，因而TC是一种在畜禽生产和疾病防治中得到广

泛应用的抗生素［5］.同时，自然界中存在着多种活性黏土矿物，而且分布广泛，

这些活性矿物的吸附将控制TC等抗生素迁移与归宿［6］.例如，成思敏等［4］

对蒙脱石吸附TC的研究表明，蒙脱石（膨润土的主要矿物成分）对TC的吸附很

强，而且该吸附以离子交换模型为主.TC可能以不同方式进入蒙脱石层间域［7］.

高岭石同样也是一种分布很广泛的黏土矿物，但与蒙脱石有所不同.高岭石属于1：

1型层状硅酸盐，而蒙脱石属于2：1型层状硅酸盐.由于我国南方土壤中黏土矿物

通常以高岭石为主，那么深入了解盐酸四环素在南方土壤和水环境中的环境行为，

其意义深远.本文拟选取盐酸四环素作为目标污染物，同时以高岭石作为矿物吸附

剂，探讨TC浓度和温度对高岭石表面吸附的影响，以期揭示南方土壤环境中TC

迁移与归宿的主要制约因子，可为抗生素在土壤中残留风险评估以及如何减少抗生

素危害提供科学依据.

1.1实验材料与仪器

盐酸四环素（C22H24N2O8·HCl）购买于上海阿拉丁试剂厂，分析纯；高岭石样

品购买于福建龙岩高岭土公司.主要仪器则有：紫外-可见分光光度计；全温度摇床；

低速离心机；精密pH计、以及电子天平.

1.2吸附实验

吸附实验参照了OECDguideline106中介绍的通用批处理实验方法［8］.首先，

称取五份0.6g高岭石分别置于用五个玻璃瓶中，尔后向玻璃瓶中分别加入50

mL不同浓度（20、40、60、80、100mg·L-1）的盐酸四环素（TC）溶液，采

用0.1M盐酸或NaOH调节溶液pH=3.为了减少误差，需要对玻璃瓶密封避光，

置于25℃恒温摇床中，以200r·min-1连续振荡24h之后离心（4000r·min-1）

5min，取上清液经0.22um滤膜过滤，采用紫外分光光度计检测TC的含量.吸

附均做了重复实验（下同）.同时还考查温度和TC浓度对高岭石吸附TC性能的影

响.之后设置恒温摇床的温度为15和35℃，重复实验步骤，最后获得三种温度下

的等温吸附数据.支撑电解质对TC吸附影响的实验中，TC浓度100mg·L-1，只

改变电解质类型或浓度，其他条件与上相同.采用外标法定量并且以TC浓度分别为

0、10、15、20、25、30mg·L-1绘制标准工作曲线.此外开展空白实验，进行误

差校正.亦即分别开展不含TC或不添加电解质离子的高岭石悬液的空白吸附对照实

验.

2.1TC标准曲线

经盐酸四环素的紫外光谱全波长扫描，确定其最大吸收波长为357nm，与文献报

道一致.表1列出浓度分别为10、15、20、25和30mg·L-1的四环素溶液的紫外

吸收光度值.另外以浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，可以做出盐酸四环素紫外