N self-doped hierarchically porous carbon derived from biomass as an efficient adsorbent for the removal of tetracycline antibiotics

吸附 碳纤维 四环素 化学 热解 化学工程 核化学 无机化学 材料科学 有机化学 抗生素 生物化学 复合数 工程类 复合材料
作者
Tao Wang,Xue Lu,Yonghong Liu,Lu Zhang,Baoshan Xing
出处
期刊:Science of The Total Environment [Elsevier]
卷期号:822: 153567-153567 被引量:56
标识
DOI:10.1016/j.scitotenv.2022.153567
摘要

In this study, we developed a simple strategy to synthesize a N self-doped hierarchically porous carbon adsorbent (LPC-NC) derived from biomass using potassium oxalate monohydrate and calcium carbonate and remove tetracyclines that are major antibiotics frequently measured in surface water. In the pyrolysis process, the N-enriching lotus seed pots biomass decomposed and formed a porous carbon matrix with self-doped N. The LPC-NC displayed high adsorption amount (506.6 mg/g for tetracycline (TTC) and 445.3 mg/g for oxytetracycline (OTC)), short equilibrium time (30 min) and stable reusability (the decline efficiency<8.0% after five cycles). Batch adsorption experimental and theoretical studies showed that the high adsorption capacity of LPC-NC for tetracyclines was mainly ascribed to the self-doped pyridinic-N species and the adsorption capacity of pyridinic-N species at the edge location was better than that of pyridinic-N species at the vacancy location. Importantly, we believe that the high adsorption performance of LPC-NC for tetracyclines is due to the activation of carbon π electrons by destroying the integrity of conjugation on LPC-NC, thus enhancing the π-π interaction between LPC-NC and tetracyclines. In addition, the results of solid-state nuclear magnetic resonance (NMR) confirmed that the hierarchically porous structure of LPC-NC was conducive to the adsorption of tetracyclines. These insights provide new ideas for the rational design of N-doped carbon-based adsorbents for the efficient removal of tetracyclines.
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