一種利用改性竹炭去除水體中磺胺甲惡唑的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于水處理【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種利用改性竹炭去除水體中磺胺甲惡唑的方法，將竹炭依次通過(guò)粉碎、超聲處理、浸漬法負(fù)載鐵氧化物及冷凍干燥后，得到改性竹炭，將改性竹炭作為填料或吸附劑吸附去除水體中磺胺甲惡唑。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明中的超聲/浸漬法負(fù)載鐵氧化物，使竹炭對(duì)抗生素的去除能力大幅提高，且本發(fā)明吸附劑吸附性能高，制備簡(jiǎn)單，操作方便，價(jià)格低廉。本發(fā)明可應(yīng)用于磺胺甲惡唑廢水處理的工藝中，具有良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。
【專利說(shuō)明】一種利用改性竹炭去除水體中磺胺甲惡唑的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用改性竹炭去除水體中磺胺甲惡唑的方法，屬于水處理【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]磺胺甲惡唑類抗生素是一種廣譜抗生素，對(duì)大多數(shù)細(xì)菌都有抑制作用，廣泛應(yīng)用于畜禽養(yǎng)殖業(yè)中。大部分的磺胺甲惡唑不能完全被生物體吸收，而是以母體化合物或代謝物形式進(jìn)入水體環(huán)境和土壤環(huán)境中，這些殘留于水體中的抗生素會(huì)對(duì)生物造成威脅，誘發(fā)微生物產(chǎn)生抗藥性和抗性基因。因此，對(duì)含磺胺甲惡唑的養(yǎng)殖水體、水源水體進(jìn)行處理非常必要，已成為研究熱點(diǎn)之一。
[0003]利用填料的吸附能力吸附去除水體中污染物的方法是水處理工藝中的常見(jiàn)方法之一，具有效率高、能耗低等優(yōu)點(diǎn)。申請(qǐng)公布號(hào)為CN 103304092 A的中國(guó)專利公開(kāi)了一種負(fù)載金屬氧化物活性炭用于去除養(yǎng)豬廢水抗生素的方法，以活性炭作為吸附劑，使抗生素在活性炭表面富集，其負(fù)載的金屬氧化物作為催化劑，與臭氧發(fā)生反應(yīng)從而達(dá)到去除抗生素的目的。從載體的選擇上來(lái)看，上述專利采用的是煤質(zhì)活性炭，價(jià)格較高且屬于不可再生資源，同時(shí)其孔徑較小，為中孔結(jié)構(gòu)，無(wú)法為金屬氧化物提供更多的負(fù)載點(diǎn)位，限制了金屬氧化物的負(fù)載量。從吸附工藝上來(lái)看，上述專利主要依靠活性炭的吸附能力，而負(fù)載的金屬氧化物主要作為催化劑與后續(xù)提供的臭氧發(fā)生反應(yīng)。
[0004]我國(guó)有著豐富的竹資源，竹林面積約484萬(wàn)公頃，每年竹材的種植面積約12.6萬(wàn)公頃?，F(xiàn)階段，竹子多用于竹制品加工并產(chǎn)生大量的竹加工廢棄物。為使竹材下腳料等廢物的再利用，人們將竹材加工的下腳料高溫?zé)峤庵瞥芍裉浚裉績(jī)r(jià)格低廉且可再生。竹材作為一種多孔介質(zhì)材料，熱解后形成的竹炭具有較高的孔隙度，其孔隙包括大孔、中孔和微孔，相比于微孔結(jié)構(gòu)為主活性炭來(lái)說(shuō)，竹炭孔隙結(jié)構(gòu)中直徑大于50 nm的大孔占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，而中孔和微孔不占優(yōu)勢(shì)，其孔徑分布和傳統(tǒng)活性炭存在著顯著差別。采用超聲對(duì)竹炭?jī)?nèi)部空隙進(jìn)行空化清理后，可進(jìn)一步提高竹炭的孔徑和孔容，提高竹炭的負(fù)載容量。然而，對(duì)于抗生素廢水來(lái)說(shuō)，竹炭的吸附效果較差。通過(guò)一定的方法對(duì)竹炭表面進(jìn)行改性，有利于提高吸附效率，進(jìn)一步拓展竹炭的應(yīng)用。
[0005]申請(qǐng)公布號(hào)為CN 102951628 A的專利公布了一種金屬或金屬氧化物覆載竹炭，目的在于為各式綠能材料提供一種導(dǎo)電碳材。其制備方法為以無(wú)機(jī)酸對(duì)粉末竹炭進(jìn)行表面改質(zhì)處理，以多兀醇法將金屬鹽(Al、N1、Cu、Ag、Au、Pd)還原，于其表面進(jìn)行金屬或者金屬氧化物覆。上述專利目的在于在提高竹炭導(dǎo)電性，為各式綠能材料提供一種導(dǎo)電碳材，因此對(duì)于抗生素廢水并不能起到很好的去除作用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種成本低、工藝簡(jiǎn)單高效的利用改性竹炭去除水體中磺胺甲惡唑的方法。
[0007]本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0008]一種利用改性竹炭去除水體中磺胺甲惡唑的方法，將竹炭依次通過(guò)粉碎、超聲處理、浸潰法負(fù)載鐵氧化物及冷凍干燥后，得到改性竹炭，將改性竹炭作為填料或吸附劑吸附去除水體中磺胺甲惡唑。
[0009]將竹炭粉碎后，過(guò)篩，取粒徑在10-20目之間的顆粒竹炭，并經(jīng)酸洗，去離子水水洗和烘干。
[0010]超聲處理是將竹炭與蒸懼水以料液比0.1-0.3g/mL的比例混合,采用超聲破碎儀對(duì)竹炭進(jìn)行處理，超聲強(qiáng)度為10-20W，超聲時(shí)間為10-30min。
[0011]浸潰法負(fù)載鐵氧化物具體為:采用硝酸鐵溶液與竹炭混合，室溫下靜置24-36h，之后60°C 6下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)12h，冷卻到室溫后用去離子水進(jìn)行水洗，其中硝酸鐵溶液濃度為0.5-2g/mL，硝酸鐵溶液與竹炭的比例關(guān)系為1.0-2.0mL:0.5-2.0g。
[0012]改性竹炭作為吸附劑吸附去除水體中磺胺甲惡唑時(shí)，進(jìn)行振蕩處理，其轉(zhuǎn)速為200-300 r/min。
[0013]改性竹炭作為吸附劑吸附去除水體中磺胺甲惡唑時(shí)，吸附溫度為20_30°C，吸附時(shí)間為6-24h。
[0014]將改性竹炭作為填料或吸附劑吸附去除水體中磺胺甲惡唑時(shí)，水體中磺胺甲惡唑初始濃度為l_50mg/L，顆粒竹炭與含磺胺甲惡唑的水體的質(zhì)量比為1: 50-1: 2500。
[0015]改性竹炭作為吸附劑吸附去除水體中磺胺甲惡唑后，采用離心的方法將廢水與顆粒竹炭進(jìn)行分離。
[0016]采用的竹炭為市售竹炭。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0018]1、本發(fā)明采用竹炭作為載體進(jìn)行改性，竹材作為一種多孔介質(zhì)材料，熱解后形成的竹炭具有較高的孔隙度，其孔隙包括大孔、中孔和微孔，相比于微孔結(jié)構(gòu)為主的活性炭來(lái)說(shuō)，竹炭孔隙結(jié)構(gòu)中直徑大于50nm的大孔占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，而中孔和微孔不占優(yōu)勢(shì)，其孔徑分布和傳統(tǒng)活性炭存在著顯著差別，可為鐵氧化物提供更多的負(fù)載點(diǎn)位。同時(shí)相對(duì)于煤質(zhì)活性炭，竹炭?jī)r(jià)格低廉且屬于可再生資源。
[0019]2、本發(fā)明采用超聲對(duì)竹炭竹炭?jī)?nèi)部空隙進(jìn)行空化清理，可顯著改善竹炭?jī)?nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)，提高孔容孔徑，增加鐵氧化物的負(fù)載容量，然后將硝酸鐵溶液與竹炭進(jìn)行浸潰處理后在加熱條件下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)處理，以使鐵氧化物負(fù)載到竹炭上，同時(shí)增加竹炭表面的羧基等含氧官能團(tuán)。
[0020]3、本發(fā)明采用超聲/浸潰法負(fù)載鐵氧化物對(duì)竹炭進(jìn)行改性，以使鐵氧化物負(fù)載到竹炭上，通過(guò)鐵氧化物與磺胺甲噁唑發(fā)生絡(luò)合作用實(shí)現(xiàn)對(duì)水體中磺胺甲惡唑的去除，使竹炭對(duì)抗生素的去除能力大幅提高，不同于傳統(tǒng)的采用活性炭吸附工藝。
[0021]4、本發(fā)明所采用的改性竹炭可吸附水體中的磺胺甲惡唑，在其最優(yōu)吸附條件下，吸附初始濃度為50mg/L的磺胺甲惡唑，24h的去除率為83.8% ;5、本發(fā)明吸附劑制備簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，能耗較低。
[0022]5、本發(fā)明制備的竹炭粒徑較大，可以作為水處理工藝的填料用于水中抗生素的去除，不易堵塞。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為實(shí)施例1中吸附劑用量對(duì)吸附效果的影響圖；
[0024]圖2為實(shí)施例2中磺胺甲惡唑濃度對(duì)吸附效果的影響圖；
[0025]圖3為實(shí)施例3中吸附時(shí)間對(duì)吸附效果的影響圖。

【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0027]下述的竹炭來(lái)源于市售竹炭，經(jīng)粉碎/過(guò)篩后得到粒徑為10?20目的顆粒竹炭，經(jīng)酸洗，去離子水水洗和烘干。將竹炭與蒸餾水以料液比0.1-0.3g/mL的比例混合，采用超聲破碎儀對(duì)竹炭進(jìn)行處理，超聲強(qiáng)度為10-20W，超聲時(shí)間為10-30min。采用質(zhì)量濃度為0.5-2g/mL硝酸鐵溶液，1.0-2.0mL與0.5-2.0g竹炭進(jìn)行混合，室溫下靜置24_36h，之后60°C條件下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)12h，冷卻到室溫后用去離子水進(jìn)行水洗，自然烘干既得到改性竹炭待用。對(duì)改性前后的竹炭采用XPS進(jìn)行元素分析，改性竹炭的氧元素和鐵元素所占比例分別為20.47%和0.34%，而原竹炭分別為13.62%和0.00%，說(shuō)明鐵氧化物已負(fù)載到竹炭表面。
[0028]實(shí)施例1
[0029]稱取0.01,0.05,0.100,0.250,0.500g不同量的改性竹炭于50mL具塞三角燒瓶中，加入25mL濃度為50mg/L的磺胺甲惡唑的溶液，在25°C，150r/min避光連續(xù)震蕩24h，分別取樣，上清液過(guò)0.22 μ m濾膜后，用液相色譜測(cè)定樣品中磺胺甲惡唑的含量，并計(jì)算去除率，如圖1所示。當(dāng)吸附劑的投入量在0.0lg?0.5g時(shí)，磺胺甲惡唑的去除率隨吸附劑用量的增加而升高；當(dāng)吸附劑的投入量為0.25g時(shí)，24h的去除率達(dá)到83%。因此，在具塞搖瓶中加入0.25g的改性竹炭作為吸附材料去除磺胺甲惡唑的最佳靜態(tài)吸附劑用量。
[0030]實(shí)施例2
[0031]準(zhǔn)確稱取0.25g的改性竹炭于50mL具塞三角燒瓶中，加入25mL濃度為50mg/L的磺胺甲惡唑的溶液，在25°C，150r/min避光連續(xù)震蕩24h，在不同時(shí)間分別取樣，上清液過(guò)
0.22 μ m濾膜后，用液相色譜測(cè)定樣品中磺胺甲惡唑的含量，并計(jì)算去除率，得到改性竹炭對(duì)抗生素隨時(shí)間的去除關(guān)系，如圖2所示。當(dāng)磺胺甲惡唑的去除率隨時(shí)間增加而升高，當(dāng)吸附時(shí)間為24h時(shí)，去除率達(dá)到83.8%。因此，在具塞搖瓶中加入0.25g的改性竹炭作為吸附材料，24h為去除磺胺甲惡唑的最佳靜態(tài)吸附時(shí)間條件。
[0032]實(shí)施例3
[0033]準(zhǔn)確稱取0.258的改性竹炭于501^具塞三角燒瓶中，加入251^濃度分別為5、10、20、30、50、100mg/L的磺胺甲惡唑的溶液，在25°C，150r/min避光連續(xù)震蕩24h，分別取樣，上清液過(guò)0.22 μ m濾膜后，用液相色譜測(cè)定樣品中磺胺甲惡唑的含量，并計(jì)算去除率，得到改性竹炭對(duì)不同抗生素濃度的去除范圍，如圖2所示。當(dāng)吸附劑的投入量在0.25g時(shí)，磺胺甲惡唑濃度小于等于30mg/L時(shí)，去除率達(dá)到100%。
[0034]對(duì)比例
[0035]以未經(jīng)處理的商用竹炭為吸附劑，處理磺胺甲惡唑的廢水。稱取0.500g的原竹炭于50mL具塞三角燒瓶中，加入25mL濃度為50mg/L的磺胺甲惡唑的溶液，在25°C，150r/min避光連續(xù)震蕩24h，分別取樣，上清液過(guò)0.22 μ m濾膜后，用液相色譜測(cè)定樣品中磺胺甲惡唑的含量，并計(jì)算去除率，得到原始竹炭對(duì)磺胺甲惡唑在l、6、24、48h去除率分別為O、
1.45%,5.48%,8.73%。
[0036]可見(jiàn)采用超聲/氧化鐵改性方法顯著提高了竹炭對(duì)水中磺胺甲惡唑的去除能力。
[0037]上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員能理解和使用發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說(shuō)明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種利用改性竹炭去除水體中磺胺甲惡唑的方法，其特征在于，將竹炭依次通過(guò)粉碎、超聲處理、浸潰法負(fù)載鐵氧化物及冷凍干燥后，得到改性竹炭，將改性竹炭作為填料或吸附劑吸附去除水體中磺胺甲惡唑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用改性竹炭去除水體中磺胺甲惡唑的方法，其特征在于，將竹炭粉碎后，過(guò)篩，取粒徑在10-20目之間的顆粒竹炭，并經(jīng)酸洗，去離子水水洗和烘干。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用改性竹炭去除水體中磺胺甲惡唑的方法，其特征在于，超聲處理是將竹炭與蒸餾水以料液比0.1-0.3g/mL的比例混合，采用超聲破碎儀對(duì)竹炭進(jìn)行處理，超聲強(qiáng)度為10-20W，超聲時(shí)間為10-30min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用改性竹炭去除水體中磺胺甲惡唑的方法，其特征在于，浸潰法負(fù)載鐵氧化物具體為:采用硝酸鐵溶液與竹炭混合，室溫下靜置24-36h，之后60°C下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)12h，冷卻到室溫后用去離子水進(jìn)行水洗，其中硝酸鐵溶液濃度為0.5-2g/mL，硝酸鐵溶液與竹炭的比例關(guān)系為1.0-2.0mL:0.5-2.0g。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用改性竹炭去除水體中磺胺甲惡唑的方法，其特征在于，改性竹炭作為吸附劑吸附去除水體中磺胺甲惡唑時(shí)，進(jìn)行振蕩處理，其轉(zhuǎn)速為200-300r/min。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用改性竹炭去除水體中磺胺甲惡唑的方法，其特征在于，改性竹炭作為吸附劑吸附去除水體中磺胺甲惡唑時(shí)，吸附溫度為20-30°C，吸附時(shí)間為6-24h。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用改性竹炭去除水體中磺胺甲惡唑的方法，其特征在于，將改性竹炭作為填料或吸附劑吸附去除水體中磺胺甲惡唑時(shí)，水體中磺胺甲惡唑初始濃度為l_50mg/L，顆粒竹炭與含磺胺甲惡唑的水體的質(zhì)量比為1: 50-1: 2500。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用改性竹炭去除水體中磺胺甲惡唑的方法，其特征在于，改性竹炭作為吸附劑吸附去除水體中磺胺甲惡唑后，采用離心的方法將廢水與顆粒竹炭進(jìn)行分離。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用改性竹炭去除水體中磺胺甲惡唑的方法，其特征在于，采用的竹炭為市售竹炭。
【文檔編號(hào)】C02F1/28GK104261504SQ201410472549
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月16日
【發(fā)明者】劉佳, 黃翔峰, 陸麗君, 陳國(guó)鑫, 王珅, 熊永嬌 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)