溶解度、pH及助溶剂对氧氟沙星在碳纳米管上吸附作用的影响.docVIP

溶解度，pH及助溶剂对氧氟沙星在碳纳米管上吸附作用的影响 Adsorption of ofloxacin on carbon nanotubes:Solubility, pH and cosolvent effects 摘要:本文研究了溶解度，pH以及助溶剂等因素对氧氟沙星在碳纳米管上吸附作用的影响。在这项研究中，对不同pH值及甲醇和水混合溶液中不同的甲醇体积分数对氧氟沙星的溶解度和氧氟沙星在三种多壁碳纳米管上的吸附作用的影响进行了系统的测定。根据对pH对溶解度的影响分析得到了氧氟沙星在不同存在形式下的溶解度。研究表明，氧氟沙星在阳离子及阴离子状态时的溶解度比在两性离子状态下大的多。在适当的pH条件下，更低的氧氟沙星溶解度没有引起更强的吸附作用，这一现象表明疏水作用不是氧氟沙星在碳纳米管上吸附反应的主导吸附机理。当pH在5～8范围内变化时，吸附作用随着溶液中阳离子状态氧氟沙星分布的减少而减弱，这一现象表明阳离子交换在吸附反应中起很重要的作用。随着溶液中甲醇体积分数的增加，氧氟沙星的溶解度和吸附作用同时减弱，这一现象与一般疏水性有机污染物不同。通过分析甲醇体积分数对氧氟沙星吸附作用与的影响，可知助溶剂-吸附剂（甲醇-碳纳米管）组合的相互作用明显强于溶质-助溶剂（氧氟沙星-甲醇）组合的相互作用。这一结论在研究吸附等温曲线时也得到证实，与在水中相比，氧氟沙星在甲醇溶液中的吸附作用减弱，同时吸附等温线的线性关系提高了。 关键词：抗生素；阳离子交换；环境归趋；甲醇；纳米技术 介绍 为了评估有机污染物的环境风险，最基本的就是了解这些污染物的环境归趋问题。因此，研究有机化合物的环境行为和它们物理化学性质之间的关系成为一个主要的方向。吸附作用对于有机化合物的环境行为是一个非常重要的影响过程。对于疏水性的有机污染物，普遍研究表明其吸附作用由疏水性决定。因此，有机污染物的吸附行为通常使用KOC（有机碳标准化吸附系数）与CS(水相中化学物质的溶解度)或者KOW（辛醇-水分配系数）与CS之间的关系进行评估。 然而，对于可电离的有机污染物，吸附作用可能不是由疏水作用单独控制。一般情况下，可能由以下几种机理（氢键，阳离子交换，配位体交换 公众和科学界普遍关注一类可电离的环境有机污染物-抗生素对人类和环境造成的潜在危险。在动物界的用药过程中，喹诺酮类抗生素被广泛地用于防止和治疗各种传染病。例如，喹诺酮类抗生素氧氟沙星对于大多数革兰氏阴性好氧菌和革兰氏阳性好氧菌具有高效的杀灭作用。对于这类化合物来说采用当前的水处理技术可能无法完全将其祛除，而且可通过不同的途径传播到环境当中。目前已检测出环境中存在大量的氧氟沙星。 因此，研究抗生素的环境归趋问题对于评估这类物质对人类健康和生态的潜在危险是非常有必要的。然而，这类物质的环境行为目前还不清除，主要是因为这些抗生素与环境基质（土壤、沉积物等）的相互作用机理非常复杂。 由于碳纳米管独一无二和确定的结构，我们可以把碳纳米管当作一种非常好的吸附剂。此外，在碳纳米管被广泛运用的今天，他们很有可能进入到环境中。碳纳米管也被当作一种新兴的污染物因为它们具有很大的毒性作用。由于碳纳米管表面的官能团和疏水性，许多研究表明碳纳米管和重金属及有机化合物之间具有很强的相互作用。因此，碳纳米管被用作一种非常高效的吸附剂来控制各种污染物的环境行为。研究抗生素和碳纳米管之间的相互作用机理能够为评估其环境风险和抗生素及碳纳米管的潜在应用提供非常重要的信息。因此，在本次研究中把碳纳米管当作一种吸附剂。 本研究的主要目的是得到在不同pH和不同甲醇体积分数条件下抗生素（氧氟沙星）溶解度与其在碳纳米管上的吸附作用之间的关系。通过改变pH值（氧氟沙星的存在状态发生变化）和甲醇的体积分数（助溶剂效应）来改变水相状态。在这些条件下来研究氧氟沙星的溶解度及吸附作用。采用与分析疏水性有机污染类似的方法来研究溶解度与吸附作用之间的关系。根据上述提到的分析方法来研究氧氟沙星在碳纳米管上吸附作用的可能反应机理。 2.实验 2.1 材料 实验采用石墨化、羧基化和羟基化的多壁碳纳米管（纯度95%），采购于中国科学院成都有机化学有限公司。所有的碳纳米管通过它们的ζ-电位、表面积、元素组成和表面官能团进行表征。实验所用的吸附质氧氟沙星购置于Bio Basic Inc。所有其他的化学试剂纯度均在分析纯等级之上（纯度99.5%）。 2.2 批量吸附试验 进行了两种类型的批处理吸附试验。（a）在不同的pH（2.0～12.0）条件下研究氧氟沙星在碳纳米管上的吸附反应。氧氟沙星(10mg/L)溶解于含有0.02mol/L NaCl（背景电解质）的背景溶液中，含量为200mg/L NaN3(生物抑制剂)作为原液。吸附试验在4 mL带有聚四氟乙烯衬里螺帽的玻璃瓶内进行。根据初