改性农业废弃物吸附水体中的抗生素的研究文献综述

 2022-12-08 16:59:46

1抗生素污染现状

抗生素( Antibiotics) 指由细菌、霉菌等一些微生物在其生活过程中产生的,具有抗病原体或其他活性的一类代谢产物。它能够干扰或抑制致病微生物的生存,因此被广泛地应用在人类及动物的疾病防治、农业生产、养殖等领域。 从 1940 年青霉素应用于临床开始,到现在抗生素的种类已达数几千种,在临床上经常使用的也有数百种[1]。我国是世界上最大的抗生素的生产国和消费国[2-4]。我国抗生素年产量大约为21万吨,出口量为3万吨左右,其余我们国家自己使用(包括医疗与农业使用),人均年消费量为138克左右(美国仅为13克)[4] 。抗生素在我国被大量使用,然而抗生素使用后并不会被生物体全部吸收,而是以原药或其代谢产物 的形式随粪便和尿液排入水体等环境中[5]。 低浓度的抗生素及其代谢产物在水体中就会诱导细菌产生抗性基因[6],早在2004 年美国学者 Rysz 和 Alvarez[7]就将抗生素抗性基因( antibiotic resistance genes,ARGs) 作为一类新型环境污染物,另外它还会对水生生物和人类产生潜在的毒性效应[8]。现在抗生素的生态环境效应越来越受到广大环境领域学者的关注[3]

四环素类抗生素(Tetracyclines,TCs )是由放线菌属产生的或半合成的一类广谱抗生素[9-10]。四环素类抗生素家族包括四环素、土霉素、金霉素、地美环素、美他环素、多西环素(强力霉素)、米诺环素等天然和半合成抗生素等[11]

2农业废弃物研究背景

我国农业废弃物的种类特别丰富,我国秸秆年产量大约为6~7亿吨,绝大部分秸秆的利用是作为生活能源燃烧后还田,或者就地燃烧还田[12-13]。近些年来,全国许多研究团队为了使农业废弃物具有更高的使用价值和更广泛的应用环境进行着积极的探索,利用农业废弃物具有生物量大、再生周期短、可再生循环、可生物降解、环境友好等特点创新性的将农业废弃物用于处理污染物的方面。农业废弃物一般由纤维素 半纤维素和木质素这3种化学成分所构成。纤维素是属于线型高分子化合物,它的基本结构单元是D-吡喃式葡萄糖基,在其基环上均有3个醇羟基,分别位于C-2、C-3,C-6位置上 [13]。而半纤维素是由多种糖基、糖醛酸基构成的聚合多糖,没有统一的化学式,大部分半纤维素为杂聚多糖。构成木质素3种主要单体分别是紫丁香基丙烷、愈创木基丙烷和对羟基苯丙烷[14]。在农业废弃物结构中,木质素包围着纤维素,保护着纤维素免受微生物降解。但是,这也成为纤维素利用过程中的一个障碍。同时,在纤维素大分子间、纤维素和水分子间以及纤维素大分子内部存在着的氢键,束缚着纤维素上具有吸附功能的羟基,导致农业废弃物吸附性能较低[15]

2.1农业废弃物作为生物吸附剂

吸附法中常用的吸附剂活性炭的成本和再生费用都比较高。农林废弃物作为生物吸附剂,一方面具有高孔隙率和较大的比表面积,另一方面它含有较多的吸附功能团(羟基、羧基、酰胺基、磷酰基等),这些基团可以通过离子交换、螯合等方式进行吸附具有较突出的天然优势。另外农业废弃物具有原料来源广泛、价格低廉和无二次污染等优点,目前对农业废弃物合理利用已成为污染处理的一个趋势[13;16-18]

应用于水中阴离子去除的生物质吸附剂包括:生物质多孔吸附剂、生物质阴离子交换树脂以及生物质金属负载吸附剂。我们对农业废弃物作为吸附剂处理污染物进行利用可以分为两个方面:一、农业废弃物作为天然高分子吸附剂直接利用,二、将农业废弃物制成活性炭后利用。本实验主要研究农业废弃物作为天然高分子吸附剂进行利用。

2.1.1农业废弃物作为天然高分子吸附剂

鉴于农业废弃物作为吸附剂直接利用的效率较低,我们一般需要对其进行改性。改性就是去除农业废弃物表面的角质层和蜡质层,降低纤维素的结晶度、聚合度,破坏木质素和半纤维素的结合层,增加其有效的比表面积,从而增加其吸附性能[19]。目前的农业废弃物改性主要可以分为:物理改性、化学改性和生物改性。

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