馬尾松木屑所制木炭去除水體中磺胺類抗生素的方法及應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種馬尾松木屑所制木炭去除水體中磺胺類抗生素的方法及應(yīng)用，將馬尾松木屑所制木炭作為吸附劑投入含磺胺類抗生素的水體中進(jìn)行吸附去除水體中磺胺類抗生素，其中吸附溫度為20～30℃，吸附時(shí)間為72-75小時(shí)，吸附平衡后溶液的pH為5.8～6.0；其中水體中磺胺類抗生素的初始濃度為2.8～40mg/L，馬尾松木屑所制木炭與含磺胺類抗生素的水體的質(zhì)量比為1∶2000～4000。在室溫條件下，吸附3d后，馬尾松木屑所制木炭表現(xiàn)了很高的抗生素吸附去除率。此外，本發(fā)明材料制備簡(jiǎn)單，操作方便，成本低廉。該方法成本低廉，原料易得，有效去除醫(yī)藥污染，填補(bǔ)了目前的技術(shù)空白。
【專利說(shuō)明】馬尾松木屑所制木炭去除水體中磺胺類抗生素的方法及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)材料合成和水處理技術(shù)范圍，主要涉及一種馬尾松木屑所制木炭吸附去除水體中磺胺類抗生素的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]磺胺類抗生素是一種人工合成的抗生素，是一種廣譜抗生素。對(duì)大多數(shù)革蘭氏陽(yáng)性和革蘭氏陰性菌都有抑制作用，被廣泛用于醫(yī)療、畜牧業(yè)中。具有抗菌譜廣、療效強(qiáng)等特點(diǎn)，故廣泛應(yīng)用于防治人類 、禽畜及水產(chǎn)養(yǎng)殖中各種細(xì)菌感染疾病。國(guó)外諸多研究發(fā)現(xiàn)，目前在地表水、地下水等自然水體中磺胺類抗生素的檢出頻率較高，例如:磺胺砒啶、磺胺甲噁唑。由于絕大部分磺胺類抗生素不能完全被生物體吸收，磺胺類抗生素以母體化合物或代謝物形式進(jìn)入土壤、水體環(huán)境，從而污染生態(tài)環(huán)境。目前已有很多國(guó)家在污水處理廠活性污泥、地表水、甚至飲用水中檢測(cè)出多種類、不同濃度的磺胺類抗生素。由于磺胺類抗生素在環(huán)境中誘導(dǎo)耐藥性細(xì)菌、影響環(huán)境中微生物，同時(shí)對(duì)人類健康具有潛在危害，因此含磺胺類抗生素廢水的處理已成為研究熱點(diǎn)之一。
[0003]污水處理廠的磺胺類抗生素消除是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，常規(guī)處理磺胺類抗生素方式包括離子交換法、活性污泥法，處理效果偏低，據(jù)報(bào)道污水處理廠最常用的活性污泥法，對(duì)磺胺類抗生素的去除率在20% -77%之間，且可能引入消毒副產(chǎn)物；化學(xué)氧化法和膜過(guò)濾法等深度處理技術(shù)成本高，且磺胺類抗生素能抑制微生物的活動(dòng)，從而導(dǎo)致處理效果不穩(wěn)定；因此，開發(fā)高效的磺胺類抗生素去除方法是十分重要的。
[0004]吸附法是一種利用吸附劑通過(guò)吸附作用去除水中有毒有害物質(zhì)的方法，具有效率高、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于廢水處理工藝中。其中吸附劑通常指高比表面積、大孔容的物質(zhì)。如活性炭、分子吸附樹脂等。
[0005]木炭是一種成本低、低能耗，環(huán)境友好、工藝簡(jiǎn)單的吸附劑。具有多孔、高比表面積等類似活性炭的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)據(jù)相關(guān)報(bào)道，木炭經(jīng)酸化、被氫氣還原后，能顯著降低木炭表面含氧官能團(tuán)含量，提高孔徑和比表面積，尤其適合作為吸附材料。我們的大量實(shí)驗(yàn)表明，按照此方法合成的馬尾松木屑所制木炭可以有效去除水體中的磺胺類抗生素，同時(shí)馬尾松木屑具有廉價(jià)易得低成本的優(yōu)點(diǎn)，因此這一技術(shù)具有重要的實(shí)際應(yīng)用和推廣價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是針對(duì)林木業(yè)加工廢棄物資源再利用，提供一種馬尾松木屑制成的木炭在吸附去除水體中磺胺類抗生素的應(yīng)用。
[0007]
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是提供一種馬尾松樹木屑制成的木炭在吸附去除水體中磺胺類抗生素的應(yīng)用。
[0009]本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):[0010]一種馬尾松木屑所制木炭去除水體中磺胺類抗生素的方法，將馬尾松木屑木炭作為吸附劑投入含磺胺類抗生素的水體中進(jìn)行吸附去除水體中磺胺類抗生素，其中吸附溫度為20~30°C，吸附時(shí)間為72-75小時(shí)，吸附平衡后溶液的pH為5.8~6.0 ;其中水體中磺胺類抗生素的初始濃度為2.8~40mg/L，馬尾松木屑所制木炭與含磺胺類抗生素的水體的質(zhì)量比為1: 2000~4000。
[0011]所述的一種馬尾松木屑所制木炭去除水體中磺胺類抗生素的方法中的馬尾松木屑所制木炭的制備方法其中一種為:1)將馬尾松刨花木屑曬干、過(guò)40目篩；2)進(jìn)行活化反應(yīng)，所述活化反應(yīng)在置于馬弗爐中的具蓋坩堝內(nèi)進(jìn)行，活化反應(yīng)中先緩慢升溫500°C，升溫速率為5~10°C /min，升溫至500°C后再繼續(xù)反應(yīng)I~3h ;后用酸液處理，所述酸液處理是用鹽酸和氫氟酸混合酸液處理，二者的質(zhì)量比為I~3:1 ;3)活化反應(yīng)之后采用去離子水洗滌材料至中性；洗滌后的干燥在110~112°C下烘干；干燥冷卻至室溫后，置于研缽內(nèi)研磨過(guò)100目篩；4)取過(guò)100目篩后的產(chǎn)物和催化劑Pt-C混勻后；置于管式爐中的鎳舟進(jìn)行高溫活化；活化反應(yīng)之前先在室溫下先充氮?dú)鈒h，以使材料完全充盈在氮?dú)獗Ｗo(hù)氛圍內(nèi)；而后全程改通氫氣進(jìn)行高溫活化至冷卻至室溫。活化操作溫度控制為:升溫速率為20~300C /min，升溫至500°C后，繼續(xù)氫氣氛圍保持I~3h以活化材料；最后，繼續(xù)通氫氣冷卻至室溫；過(guò)100目篩，得終產(chǎn)物木炭；其中所述過(guò)100目篩后的產(chǎn)物為粉末狀，催化劑Pt-C為顆粒狀，二者的質(zhì)量比為(I ~2): I。整個(gè)過(guò)程通氫氣至室溫的目的為兩個(gè):一是高溫活化碳材料；二是防止高溫條件下碳材料氧化。
[0012]優(yōu)選地，另外一種制備馬尾松木屑木炭的方法:一種馬尾松木屑所制木炭吸附去除水體中磺胺類抗生素的方法中的馬尾松木屑所制木炭的制備方法，其特征在于馬尾松木屑原料木炭由以下步驟制備:
[0013]將馬尾松刨花木屑收集后經(jīng)曬干、粉碎機(jī)粉碎成不定型顆粒后，200目篩過(guò)篩得過(guò)篩后馬尾松木屑原料，粒徑要求150-180目；按照所述過(guò)篩后馬尾松木屑原料:粘合劑為I: (20~50)的比例將過(guò)篩后馬尾松木屑原料與粘合劑混合，所述粘合劑為竹焦油、木焦油、煤焦油或煤浙青；磁力攪拌30min-50min時(shí)間后得混合濕料，將所述混合濕料轉(zhuǎn)移到到間歇式?jīng)_壓機(jī)中擠壓成型，擠出的條料切成4-12_的顆粒，將上述4-12_的顆粒放置于顆粒包覆機(jī)中包覆碳粉，后將包覆后的顆粒轉(zhuǎn)移至溫度為180~200°C的烘箱中進(jìn)行干燥,干燥時(shí)間時(shí)間為2~3h ;后將干燥后產(chǎn)物轉(zhuǎn)移至580~620°C的馬弗爐中進(jìn)行碳化，碳化時(shí)間為2~10h，馬弗爐的升溫速率在5~20°C /min，碳化時(shí)采用氫氣還原或惰性氣體保護(hù)碳化，同時(shí)實(shí)現(xiàn)活化；冷卻后的碳化產(chǎn)物經(jīng)離心分離后，依次用乙醇洗滌3-5次、去離子水洗滌3-5次，干燥后冷卻至室溫得馬尾松木屑所制木炭。
[0014]優(yōu)選地，所述的方法中，所述過(guò)100目篩后的產(chǎn)物為粉末狀，催化劑Pt-C為顆粒狀，二者的質(zhì)量比為2: I。
[0015]一種馬尾松木屑所制木炭去除水體中磺胺類抗生素的方法，將馬尾松樹木屑木炭作為吸附劑投入含磺胺類抗生素的水體中進(jìn)行吸附去除水體中磺胺類抗生素。
[0016]優(yōu)選地，所述的方法中，所述吸附平衡后溶液的pH為5.9。
[0017]優(yōu)選地，所述的方法中，馬尾松樹木屑木炭與含磺胺類抗生素的水體的質(zhì)量比為I: 3000。
[0018]優(yōu)選地，一種馬尾松木屑所制木炭去除水體中磺胺類抗生素的方法中，馬尾松木屑所制木炭與納米碳管混合后作為復(fù)合吸附劑投入含磺胺類抗生素的水體中進(jìn)行吸附去除水體中磺胺類抗生素，其中馬尾松木屑木炭與納米碳管混合比例為(I~2): 1，吸附溫度為20~30°C，吸附時(shí)間為72-74小時(shí)，吸附平衡后溶液的pH為5.8~6.0 ;其中水體中磺胺抗生素的初始濃度為2.8~40mg/L，馬尾松木屑所制木炭與含磺胺類抗生素的水體的質(zhì)量比為1: 1000~3000 ;所述納米碳管為多壁納米碳管，外徑范圍為10-30nm。
[0019]有益效果
[0020]1、馬尾松木屑制成的木炭對(duì)磺胺類抗生素具有明顯的吸附作用。這可能主要是因?yàn)槟咎烤哂蓄愃苹钚蕴康慕Y(jié)構(gòu)，具有較高的比表面積和微孔結(jié)構(gòu)，從而高效地去除水體中的磺胺類抗生素。
[0021]2、同時(shí)該技術(shù)方案優(yōu)越性體現(xiàn)在:1)林業(yè)廢棄物的資源化利用途徑；2)沖壓成型制備；3)碳納米-生物質(zhì)碳復(fù)合材料。
[0022]3、可以人為有效的控制污水中污染物的去除效果，并有效地控制污水的凈化效果。
[0023]4、本發(fā)明的吸附劑，可以吸附大量的污染物，定期清理后，可以凈化水質(zhì)，保護(hù)環(huán)境。
[0024]5、本發(fā)明利用 馬尾松木屑制成的木炭為吸附劑，可以有效的去除水體中的磺胺類抗生素。此外，本發(fā)明材料 制備簡(jiǎn)單，操作方便，成本低廉。可見，本發(fā)明在用于去除水體中的磺胺類抗生素，具有良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。
【具體實(shí)施方式】
[0025]所述催化劑Pt-C為市售的阿爾法沙公司的產(chǎn)品；所述磺胺類抗生素有磺胺甲甲惡唑、磺胺吡啶、磺胺異惡唑等磺胺類。
[0026]木炭材料的制成方法:
[0027]將馬尾松刨花木屑曬干、過(guò)40目篩后進(jìn)行活化反應(yīng)，所述活化反應(yīng)在置于馬弗爐中的具蓋坩堝內(nèi)進(jìn)行，活化反應(yīng)中先緩慢升溫500°C，升溫速率為5~10°C /min，升溫至500°C后再繼續(xù)反應(yīng)I~3h，后用酸液處理，所述酸液處理是用鹽酸和氫氟酸混合酸液處理，二者的質(zhì)量比為I~3:1 ;3)活化反應(yīng)之后采用去離子水洗滌材料至中性；洗滌后的干燥在110~112°C下烘干；干燥冷卻至室溫后，置于研缽內(nèi)研磨過(guò)100目篩；4)取過(guò)100目篩后的產(chǎn)物和催化劑Pt-C (活性炭含有1% Pt)混勻后，先于氮?dú)鈿怏w保護(hù)下常溫保持lh，后在氫氣氣體保護(hù)下升溫至500°C進(jìn)行活化反應(yīng)，得到最終產(chǎn)物木炭。其中所述過(guò)100目篩后的產(chǎn)物為粉末狀，催化劑Pt-C為顆粒狀,二者的質(zhì)量比為I~2: I,優(yōu)選為2: I,所述氣體優(yōu)選為氮?dú)夂蜌錃狻?br> [0028]馬尾松木屑所制木炭的比表面積和孔容數(shù)據(jù)見表1
[0029]表1馬尾松木炭的比表面積和孔容數(shù)據(jù)
[0030]
【權(quán)利要求】
1.一種馬尾松木屑所制木炭去除水體中磺胺類抗生素的方法，其特征在于:將馬尾松木屑木炭作為吸附劑投入含磺胺類抗生素的水體中進(jìn)行吸附去除水體中磺胺類抗生素，其中吸附溫度為20~30°C，吸附時(shí)間為72-75小時(shí)，吸附平衡后溶液的pH為5.8~6.0 ;其中水體中磺胺類抗生素的初始濃度為2.8~40mg/L，馬尾松木屑所制木炭與含磺胺類抗生素的水體的質(zhì)量比為1: 2000~4000。
2.如權(quán)利要求1所述的一種馬尾松木屑所制木炭去除水體中磺胺類抗生素的方法中的馬尾松木屑所制木炭的制備方法其中一種為:1)將馬尾松刨花木屑曬干、過(guò)40目篩；2)進(jìn)行活化反應(yīng)，所述活化反應(yīng)在置于馬弗爐中的具蓋坩堝內(nèi)進(jìn)行，活化反應(yīng)中先緩慢升溫5000C，升溫速率為5~10°C /min,升溫至500°C后再繼續(xù)反應(yīng)I~3h ;后用酸液處理，所述酸液處理是用鹽酸和氫氟酸混合酸液處理，二者的質(zhì)量比為I~3: I ;3)活化反應(yīng)之后采用去離子水洗滌材料至中性；洗滌后的干燥在110~112°C下烘干；干燥冷卻至室溫后，置于研缽內(nèi)研磨過(guò)100目篩；4)取過(guò)100目篩后的產(chǎn)物和催化劑Pt-C混勻后；置于管式爐中的鎳舟進(jìn)行高溫活化；活化反應(yīng)之前先在室溫下先充氮?dú)鈒h，以使材料完全充盈在氮?dú)獗Ｗo(hù)氛圍內(nèi)；而后全程改通氫氣進(jìn)行高溫活化至冷卻至室溫。活化操作溫度控制為:升溫速率為20~30°C /min，升溫至500°C后，繼續(xù)氫氣氛圍保持I~3h以活化材料；最后，繼續(xù)通氫氣冷卻至室溫；過(guò)100目篩，得終產(chǎn)物木炭；其中所述過(guò)100目篩后的產(chǎn)物為粉末狀，催化劑Pt-C為顆粒狀，二者的質(zhì)量比為(I~2): I。
3.如權(quán)利要求2所述的方法中，其特征在于:所述過(guò)100目篩后的產(chǎn)物為粉末狀，催化劑Pt-C為顆粒狀，二者的質(zhì)量比為2: I。
4.一種馬尾松木屑所制木炭去除水體中磺胺類抗生素的方法，將馬尾松樹木屑木炭作為吸附劑投入含磺胺類抗生素的水體中進(jìn)行吸附去除水體中磺胺類抗生素。
5.如權(quán)利要求1所述的方法中，其特征在于:所述吸附平衡后溶液的PH為5.9。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法中，其特征在于:馬尾松樹木屑木炭與含磺胺類抗生素的水體的質(zhì)量比為1: 3000。
7.一種馬尾松木屑所制木炭去除水體中磺胺類抗生素的方法中，其特征在于，馬尾松木屑所制木炭與納米碳管混合后作為復(fù)合吸附劑投入含磺胺類抗生素的水體中進(jìn)行吸附去除水體中磺胺類抗生素，其中馬尾松木屑木炭與納米碳管混合比例為(I~2): 1，吸附溫度為20~30°C，吸附時(shí)間為72-74小時(shí)，吸附平衡后溶液的pH為5.8~6.0 ;其中水體中磺胺抗生素的初始濃度為2.8~40mg/L，馬尾松木屑所制木炭與含磺胺類抗生素的水體的質(zhì)量比為1: 1000~3000 ;所述納米碳管為多壁納米碳管，外徑范圍為10-30nm。
【文檔編號(hào)】C02F1/58GK103523848SQ201310492838
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月21日
【發(fā)明者】朱東強(qiáng), 謝夢(mèng)醒 申請(qǐng)人:南京大學(xué)