1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写

2000字左右的文献综述：

文 献 综 述

1 引言

近年来，大量研究发现水和土壤中抗生素残留问题愈发严重，抗生素对环境造成的污染越来越受到重视。据统计，我国每年有将近7000t的兽药抗生素用于动物饲养，而约有75%以上的抗生素不能被动物完全吸收以原药及其代谢产物的形式由动物粪便排入环境，经不同途径对土壤和水体造成污染。[1]抗生素及其代谢产物虽然以很低的浓度存在于土壤环境中，但是却能维持长时间的活性，对土壤中的微生物、植物、动物造成严重影响。

针对这种现状，人们将废弃的生物质，如废弃木屑、农作物秸秆、牲畜粪便等在缺氧情况下通过热裂解的方式制成生物炭，从而达到废物再利用的目的，是一种很好的大气中碳的增汇减排方法。[2]生物质炭作为一种新型吸附剂，可以有效吸附多种自然有机物和人造有机物。大量研究证明，生物炭因其具有高度的芳香性、比表面积大、微孔结构多以及官能团种类繁多等优点，可以有效吸附多种有机物，如：PAHs、抗生素等。[3]生物质炭能够通过吸附固定作用使抗生素固定在生物质炭内部，从而降低这些污染物在土壤中的化学活性和毒性，降低污染物通过食物链进入人体和通过淋溶进入地下水的风险。

磺胺二甲嘧啶是一种用来治疗、预防动物疾病并促进其生长的药物，它可以在动物体内代谢产生N4-乙酰磺胺二甲嘧啶，同母体化合物随动物粪便排入到环境，在环境中积聚造成潜在威胁。[4] 目前，对磺胺二甲嘧啶的研究主要集中于磺胺二甲嘧啶在土壤中的微生物毒性及其在土壤中的降解迁移特性等方面，对于生物炭吸附磺胺二甲嘧啶的研究还比较匮乏。研究不同生物炭对磺胺二甲嘧啶的吸附作用与机制将为采用生物质炭降低磺胺二甲嘧啶在环境中的残留提供科学依据。

1.1 抗生素

1.1.1抗生素的概念

抗生素(antibiotics)是生物(包括微生物、植物和动物)在其生命活动过程中产生的或由其他方法获得的、能在低微浓度下选择性抑制或影响他种生物功能的有机物质。[5]其作用机理，一是通过阻碍细菌细胞壁合成，从而致使细胞在低渗透压环境下膨胀破裂导致死亡，如青霉素、杆菌肽等；二是与细菌细胞膜相互作用，增强细菌细胞膜的通透性、打开膜上的离子通道，让细菌体内的有用物质渗漏外溢或电解质平衡失调死亡，如制霉菌素等；三是与细菌核糖体或其反应底物相互作用，抑制蛋白质的合成，如链霉素、四环素和红霉素等。常用的抗生素有以下几类[6]：

（1）四环素类：此类抗生素具有共同基本母核氢化并四苯，而取代基各异的一种化合物，能够抑制细菌蛋白质合成。

（2）哇诺酮类：此类抗生素是由人工合成的含有4-哇酮母核的一种抗菌性药物，能够抑制细菌DNA螺旋酶活性，具有抗菌谱广、毒性低、效果好、穿透能力强等优点。含量过高会引起关节疾病。

（3）磺胺类：此类抗生素由人工合成，具有对氨基苯磺酰胺结构的一种药物总称，具有抗菌谱广、稳定、便利等特点。过度使用可能会损伤肾功能或者导致畸形。

（4）大环内酯类：以大环内酯为母体，通过羟基以苷键和1~3个糖分子相连而构成的一类抗生素，能够抑制细菌蛋白质合成，主要是抗革兰氏阳性菌。过量使用会对中枢神经系统造成伤害。

（5）β-内酰胺类：此类抗生素结构中含有β-内酰胺环，具有品种多、用途广等特点。滥用可能会造成部分人群的过敏反应。

1.1.2磺胺类药物的理化性质和抗菌作用

磺胺类药物是一种广谱抗菌药，临床上主要用于预防和治疗感染性疾病，加之其性质稳定，兽医临床和畜牧养殖业中作为饲料添加剂或动物疾病治疗药物广泛应用，分子结构图见1-1。临床常用的磺胺类药物都是以对位氨基苯磺酰胺（简称磺胺）为基本结构的衍生物。磺酰胺基上的氢，可被不同杂环取代，形成不同种类的磺胺药。对位上的游离氨基是抗菌活性部分，若被取代，则失去抗菌作用。必须在体内分解后重新释出氨基，才能恢复活性。因为磺胺类结构中含有芳伯胺基和磺酰胺基而使得它呈现酸碱两种性质，即可溶于酸也可以溶于碱。大多数磺胺类药物的PKa在5~8范围内，等电点为3~5，磺胺二甲嘧啶的PKa为7.4[7]。

图1-1磺胺类分子结构式

磺胺二甲嘧啶即为磺胺类酰胺基团上的R1基团被杂环取代形成的，分子结构式如图1-2，又称2-（对氨基苯磺酰胺基）-4或者6-二甲基嘧啶，是一种白色或乳白色晶体或粉末，无臭，味苦，遇日光颜色逐渐变深。磺胺二甲嘧啶几乎不溶于水或乙醚，在稀酸或稀碱溶液中易溶，是传统应用的抗菌药和抗球虫药，在我国曾广泛用于畜禽的球虫病。

图1-磺胺二甲嘧啶分子结构式

磺胺二甲嘧啶抗菌谱广，可以作用于多种革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌，对一些溶血性链球菌、大肠杆菌、沙门氏菌、脑膜炎球菌、产期杆菌及变形杆菌效果显著，因此在世界各地的畜牧业受到广泛的应用[8]。

1.1.3磺胺类药物残留污染

自从Moore等第一次提出了在饲料中加入抗生素可以加速肉鸡的成长，关于抗生素的的研究工作开始逐步展开。从相关部门提出可以在饲料中加入一定剂量的抗生素，畜牧养殖中抗生素逐渐被使用和推广。我国的抗生素生产发展较晚，但随着我国集约化养殖业的发展，兽用抗生素的用量也日益增多。近几年来随着畜牧业的增加，我国磺胺类药物产量一直持续增加，20世纪80年代的产量是5000t，2003年的时候已经突破了20000t并且呈上升趋势。因为磺胺类药物的难降解和高残留性质，对环境和人类造成的危害已不容小觑。

2005-2006年时，陈昦等人在江苏省各市不同类型的禽畜养殖场采集了178个禽畜粪便进行检测，检测结果发现，磺胺类药物残留的检出率普遍较高，其中检出率高于50%的有：磺胺二甲嘧啶、磺胺氯哒嗪、磺胺。[9]Hamscher等研究发现养殖场中奶牛粪便中的磺胺类物质残留最为严重，经过处理的养殖场有机肥料中磺胺类药物浓度高达 3.5 mg/kg，磺胺甲嘧啶高达4.0 mg/kg。[10]据相关报道，每公顷土地一年会进入磺胺类药物大约几十至几百克。[11]针对我国珠江流域广州段河水与深圳河中抗生素的残留情况，徐维海等人调查研究发现深圳河水中磺胺甲恶唑含量为 880 ng/L。[12]

1.1.4磺胺类药物残留污染环境危害

磺胺类药物进入环境后会扩散到土壤、水和空气中，经过吸附、水解、光解和微生物降解等一系列物理化学过程，此过程直接影响抗生素对环境造成的毒性大小。日常生活污水和工业废水中含有一定浓度的各类抗生素，虽然一定含量的抗生素能够被降解去除，但是还有很多种类的抗生素不能被彻底去除。在一些饮用水和地下水的检测中还是存在各种磺胺类药物，主要源于动物产生的粪便和尿液中的抗生素随粪便被施入农田 ,其中一部分直接渗入地下水中 ，另一部分进入土壤 ,经雨水淋洗进入河流或湖泊；水产养殖中的抗生素施用后一部分直接进入水体，另一部分被水底淤泥中所吸附，存在于养殖场底泥中；兽药生产中损失的抗生素会随着废水经由下水道进入城市污水处理厂，而废弃的兽药可能被当作垃圾填埋，如果处理不当，最终会进入土壤甚至地下水中。环境中残留的磺胺类药物的生态毒性主要有：破坏生态平衡、产生大量耐药菌等危害。环境中残留的磺胺类抗生素不仅能杀死或抑制微生物生长，还能有效影响环境中微生物种类、数量以及群落组成，通过影响土壤中有机质的降解而影响土壤肥力。

1.2 抗生素残留污染的控制技术

1.2.1 抗生素残留污染控制的一般技术

人类首次检测抗生素使用的是生物学方法，由于这种方法的用时长，灵敏度低，后来被高效液相色谱法所取代，逐渐成为抗生素类药物检测的常用方法。[13]由于抗生素在环境中的含量为痕量，通常在ng/L和ug/L,并且种类繁多，国外科研机构多采用高效液相色谱- 质谱联用技术进行研究。但该仪器成本较高，我国的大多数科研机构和监测单位不具备条件，使其应用受到限制。近年来也被广泛应用于抗生素的检测 ,但由于环境介质的复杂性 , 目前要准确测定各种环境介质中抗生素的含量仍然是相关研究的制约因素。

高效液相色谱法是一种测定动物组织中磺胺类药物的残留的有效方法，该方法具有较高的灵敏度和重现性,而且方法操作简单、快速,适合大量样品的同时测定[14]。研究表明，可以通过改变色谱条件,从而应用到磺胺甲氧哒嗪、磺胺氯哒嗪等其它磺胺类药物的残留量检测。

1.2.2 生物质碳特性与应用

1.2.1.1生物炭的概念与性质

生物炭就是指生物质(如木头、粪便、树叶等)在缺氧及低氧的密闭环境中得到的富含碳的产物，即有机物质在有限的供氧和相对低温(lt; 700℃)条件下经所谓的热裂解而产生的物质[15]。 生物炭是粉状颗粒化的木炭(charcoals)，是活性炭(activated carbon)的生产原料之一，在性质和特征上三者具有相似性，均属于黑炭(black carbon)。生物炭是一类多孔、高比表面积的芳香碳聚合体，其疏水性界面和多孔结构，使其能够有效地吸附多环芳烃等非极性有机污染物。不同的原料和热解条件，决定了生物炭具有不同的物质组成和结构[15]。

1.2.2.2 生物质炭处理抗生素污染的应用

生物炭在其有机组成、孔隙度、表面极性、表面矿物组成等方面的多样性，使其也能够有效地吸附极性有机污染物#8212;#8212;磺胺类药物，并且吸附机理与土壤等其他吸附剂不同。生物炭对一些离子型有机物的吸附能力较弱，这类有机物通过质子化和去质子化后，产生能够与生物炭结合的作用基团。Teixid6[16]等研究生物炭对离子型抗生素磺胺甲嘧啶的吸附，发现当pH一1时，磺胺甲嘧啶以阳离子形式存在，与生物炭的芳香环通过兀一兀电子供体受体作用结合，而碱性条件下，磺胺甲嘧啶以阴离子形式存在，与水分子通过质子交换释放出羟基再次形成分子形式，与生物炭表面的羧基或酚羟基通过氢键结合。Uchimiya[17]等研究生物炭对有机磷农药的吸附发现，马拉硫磷与芳香胺类似，其亲核的硫基团可以与生物炭表面的羰基形成共价键；脱异丙基锈去津质子化后，通过阳离子交换被吸附；二嗪农具有叔胺基，能够与生物炭表面金属阳离子形成六元环。

生物炭表面官能团一方面可以与有机物通过特殊作用结合，另一方面，其表面含氧官能团也可以与水分子结合，对目标有机物的吸附产生竞争。Yang[18]等研究发现小麦生物炭的等电点是4.2，而活性炭的等电点是7.8，生物炭含氧官能团含量是活性炭的5.4倍。由于水与含氧官能团结合覆盖在生物炭表面，形成极性水分子束抑制农药的吸附，因此，生物炭对农药的吸附量是活性炭的30％～50％。近几年来，我国使用生物质炭修复抗生素污染环境的探索多集中于抗性基因扩散、环境行为（吸附、迁移、降解）、生物可利用性、等理论研究方面，而实践应用明显不足。

1.3本研究的目的和意义

目前，对磺胺二甲嘧啶的研究主要集中于磺胺二甲嘧啶在土壤中的微生物毒性及其在土壤中的降解迁移特性等方面，对于生物炭吸附磺胺二甲嘧啶的研究还比较匮乏。为建立和完善磺胺类抗生素药物残留污染控制技术，满足粮食产量和粮食安全的要求。本实验拟制备不同底料和工艺的生物质炭，并研究所制备的生物炭对磺胺二甲嘧啶的吸附动力学和吸附等温线，以期获得不同性质生物质炭对磺胺二甲嘧啶的吸附特性及机制，为深入开展土壤中磺胺类抗生素药物残留消减技术在提供支撑资料。