（中国地质大学，北京/吕国诚，毛飞，杜高翔，王小雨，何文会，刘瑠）引言
近年来，随着科技工业的高速发展，化学品已经与人类生活紧密相连。据统计，我们日常生活和工农业生产所使用的化学品已多达100000种以上。上个世纪70年代末，环境中的化学品及其危害，已引起了国际环境科学界乃至公众的广泛关注。这些引起广泛关注的化学品污染物，大多具有毒性大、含量微、易生物富集的特点。特别是与人类生活生产密切相关，并且广泛应用的抗生素。目前，许多有关抗生素和其他药物在土壤中的环境行为和生态效应的信息主要从农药及其它有机污染物的相关研究中推导获得的，而针对抗生素等药物在土壤的迁移、转化以及毒性等的研究较少，仅有美国在欧盟几个国家在本世纪初开始了环境中抗生素风险评估的调查。我国的抗生素不合理使用情况可能比欧洲和美国等国更为严重，但对抗生素的环境行为和环境毒性研究还处于起步阶段。
抗生素一直被长期大量地用于人和动物的疾病治疗，由于大部分抗生素不能完全被机体吸收，有高达85%以上抗生素以原形或代谢物形式经由病人和畜禽粪尿排入环境，经不同途径对土壤和水体造成污染。
通过一些学者们的研究发现，抗生素在水体沉积物和土壤上的吸附和结合，是其主要环境归宿之一。土壤是抗生素等污染物质的最终归宿之地。在土壤中，抗生素将发生一系列的物理、化学和生物反应其中一部分降解或转化为无害物质；一部分被土壤所吸附，长期存在于土壤环境中，并将在土壤中积累，进而对环境产生长期和深远的影响。抗生素在环境中的迁移转化等环境行为的研究在国外已经有文献报道，而在我国，这方面的研究才刚刚开始，到目前为止，其研究还较为浅显，对抗生素在土壤环境中的研究十分有限，简单说明情况有待于进行系统深入的研究，使抗生素在土壤中的污染规律以及机理更加明确。
因此，有效去除残留在土壤和水体中的抗生素具有很大意义。用粘土矿物吸附污水中的抗生素是新的研究领域，本论文主要针对扑尔敏进行实验，采用滑石对其进行吸附，从吸附动力学、扑尔敏溶液的浓度及pH环境三方面，研究滑石对水中扑尔敏的吸附作用。对吸附后经离心的固体沉淀进行XRD、FTIR、SEM三种测试，证明滑石对水中扑尔敏的吸附类型及吸附机制。
1 实验
1.1 主要实验材料
1.1.1 滑石
滑石化学式Mg3[Si4O10](OH)2，硬度为1，相对密度是2.58～2.83。富有滑腻感，有较高的电绝缘性。滑石结构破坏温度约970℃，显著热失重在900℃以上，由脱羟作用引起。耐火度达1490～1510℃。1350℃时收缩率仅4.5%，且机械强度和硬度大。本实验的滑石原料来自美国普度大学的粘土矿物库。
1.1.2 扑尔敏
扑尔敏(Chlorpheniramini Maleas)，为顺丁烯二酸1-( 对一氯苯基)-1-(2-吡啶)-3-二甲基氨基丙烷。又称：马来酸氯非那敏(Chlorpheniramine Maleate)，氯屈米通(Chlor-trimeton)，是最常见的抗组织胺药。临床主要用于皮肤粘膜的变态反应性疾病，如荨麻疹、枯草热、过敏性鼻炎、药疹、虫咬、结膜炎和接触性皮炎等效果较好。本品为白色结晶性粉末，无臭，味苦，熔点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。扑尔敏又叫马来酸氯苯吡胺，它的相对分子质量是390.9g/mol，21ºC时，在水中的溶解度是1-5g/100mL，logKOW值是3.38。它的分子结构结构如图1所示。
图1 扑尔敏分子结构图
一般实验仪器、电子天平（AB204-S）、数显水浴恒温振荡器（SHA-BA）、电热恒温鼓风干燥箱（DAG-9140A）、高速离心机（HC-3515）、紫外可见分光光度计（T6新世纪(1650F)）、pH计、pH计复合电极、X射线粉晶衍射仪（Dmax 12KW）、冷场发射扫描电子显微镜、傅立叶变换红外光谱仪（Spectrum100）等
1.3 实验方法
1.3.1实验流程
从吸附动力学、扑尔敏溶液的浓度及pH环境三方面研究滑石对水中扑尔敏的吸附作用的流程图：
图2 实验流程图
实验通过改变加入滑石的扑尔敏溶液的振荡时间、扑尔敏溶液的浓度、扑尔敏溶液的pH值得出滑石吸附水中扑尔敏的最佳条件。
吸附动力学实验主要以振荡时间作为变量，研究振荡时间对吸附作用的影响。配制浓度为1000mg/L的扑尔敏溶液，分取10个容量为20mL的试样，在各试样中加入0.1g滑石；试样在30℃条件下，以150r/min振荡不同时间；以7600r/min离心20分钟，取出上清液，用0.45μm针头式过滤器过滤；采用波长为264nm的紫外可见分光光度计测定其吸光度，得到溶液吸附后的平衡浓度，从而计算出吸附量。
浓度实验是以浓度作变量，研究不同浓度对吸附作用的影响，并与Langmuir等温模型拟合。
配制不同浓度的扑尔敏溶液；分取13试样各组20mL，在试样中均加入0.1g滑石；试样以150r/min， 30℃下振荡2h；以7600r/min离心20分钟；离心后，固体留下做测试，上清液用0.45μm针头式过滤器过滤；采用波长为264nm的紫外可见分光光度计测定其吸光度，并计算出吸附量；对实验数据进行Langmuir等温模型拟合，作出数据拟合曲线（如图8），得到Langmuir曲线拟合相关系数R2。
qe(mg/L)是平衡浓度ce(mg/L)时的吸附量，qm是Langmuir常数，b是与吸附能有关的常数。
pH实验是以扑尔敏溶液的pH值作变量，研究溶液pH值对吸附作用的影响。将溶液分别调至不同的pH值，在各试样中均加入0.1g滑石；试样在30℃下以150r/min振荡2h；测定试样实际pH值；以7600r/min离心20分钟；上清液用0.45μm针头式过滤器过滤；采用波长为264nm的紫外可见分光光度计测定其吸光度。
1.4 样品测试
用日本理学公司生产的Dmax 12KW 型X射线粉晶衍射仪分析吸附后的样品物相，并根据峰值推测其吸附机制；用英国珀金埃尔默公司生产的Spectrum100系列傅立叶变换红外光谱仪测定样品的红外谱图并分析滑石对水中扑尔敏的吸附类型；用日本日立公司生产的S4800型冷场发射扫描电子显微镜测得滑石吸附扑尔敏后的扫描电子显微镜形貌图，并分析滑石对水中扑尔敏的吸附机制。
2 结果与分析
2.1 滑石对水中扑尔敏的吸附作用的研究
图3是以振荡时间为变量，研究振荡时间对吸附作用的影响的图。
图3 振荡时间对吸附量的影响
图4是以扑尔敏溶液浓度作变量，研究不同扑尔敏溶液浓度对吸附作用的影响的图，图5是图4与Langmuir等温模型拟合。
图4 浓度对吸附量的影响
图5 Langmuir等温模型数据拟合曲线
分析图4，当浓度约大于23.8mmol/L时，吸附量达到最大，约0.824mmol/g，即322.1016mg/g。而活性炭的最大吸附量200mg/g。所以滑石可以成为很好的表面吸附材料。Langmuir等温模型拟合曲线浓度范围在200mg/L～2000mg/L，拟合相关系数R2=0.9809。因此，在低浓度范围内，此吸附实验对Langmuir等温模型拟合很好。
图6是以水中扑尔敏溶液的pH值作变量，研究溶液pH值对吸附作用的影响的图。
图6 pH值对吸附量的影响 
图7 扑尔敏的pK a图
2.2 样品测试及分析
2.2.1 XRD测试及分析
图8为选取125mg/L、250mg/L、500mg/L、1000 mg/L、2000 mg/L五种浓度吸附后，经离心得的固体及滑石原样进行X射线衍射测试衍射图谱。
图8 X射线衍射图谱
2.2.2 红外测试及分析
图9为分别对滑石原样和四种浓度吸附后，经离心得到的固体进行检测而得到红外光谱图。
图9 红外光谱图
2.2.3 SEM测试及分析
图10、11为对扑尔敏原样和浓度为10000mg/L吸附后的试样得到的扫描电子显微镜形貌图
图10 扑尔敏的扫描电子显微镜形貌图
图11 浓度为10000mg/L时，滑石吸附扑尔敏后的扫描电子显微镜形貌图
3 结论
本论文从吸附动力学、浓度实验拟合吸附类型、pH值对吸附作用的影响三方面，研究了滑石对水中扑尔敏的吸附作用。通过这三组实验数据分析及试样测试得出以下结论：振荡时间为2h时，足够让扑尔敏吸附，当浓度达到约23.8mmol/L时，吸附量达到最大，约0.824mmol/g，此后浓度变化，吸附量恒为最大吸附量，当4＜pH＜9.2时，吸附量逐渐增加；当pH＞9.2时，吸附量越大。对六种浓度吸附后的试样做X射线衍射图谱分析得出浓度的不同不影响其结构变化，而且滑石有可能是表面吸附。分析原样与吸附后的样品的红外光谱图，发现没有新的峰出现，即没有新的键生成，从而说明滑石对水中扑尔敏的吸附是纯物理吸附。固体样品的扫描电子显微镜测试进一步证明了滑石对水中扑尔敏的吸附是表面吸附。
(厦门非金属矿加工与应用技术交流会,发表于中国粉体技术杂志）
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