一種利用竹炭吸附去除水體中環丙沙星的方法
2023-05-17 03:31:36
一種利用竹炭吸附去除水體中環丙沙星的方法
【專利摘要】一種利用竹炭吸附去除水體中環丙沙星的方法，屬於水處理【技術領域】。其包括以下步驟：1）將竹材經高溫燒制生成竹炭；2）將步驟1）得到的竹炭粉碎，過篩；3）將步驟2）得到的粉末竹炭加入至含有環丙沙星的廢水中，進行連續振蕩處理；4）將粉末竹炭從廢水中去除。本發明與現有技術相比，具有以下優點和效果：可吸附水體中的環丙沙星抗生素，在其最優吸附條件下，吸附初始濃度為25mg/L的環丙沙星的吸附效率為99.6%；本發明吸附劑製備簡單，操作簡便，耗能低；本發明可利用竹材邊角料燒制，達到了資源有效利用的目的；本發明還可應用於畜禽尿及廢水中抗生素的去除，然後還田，其中竹炭可保持土壤養分，調節土壤pH。
【專利說明】一種利用竹炭吸附去除水體中環丙沙星的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於水處理【技術領域】，具體涉及一種利用竹炭吸附去除水體中環丙沙星的方法。
【背景技術】
[0002]喹諾酮類抗生素作為一種廣譜抗菌藥物被廣泛應用於人類醫療和畜禽養殖業，大量抗生素被長期添加於飼料中促進動物的生長。研究表明，大部分抗生素進入機體後，不能被完全吸收，其中以母體及代謝物的形式排除體外的佔總用藥量的30%~90%，畜禽排洩物經過不同的途徑進入水環境和土壤環境。目前已有很多國家地區地表水、地下水及飲用水中都有不同程度的抗生素檢出，這些殘留於水體中的抗生素會對生物造成威脅，誘發微生物產生抗藥性和抗性基因。因此，水體中抗生素殘留去除已成為全世界的關注熱點。
[0003]利用吸附法去除水體中汙染物是一種常用的水處理技術。目前，大多採用活性碳作為吸附材料，然而活性碳含有大量的不規則微孔結構，導致對大分子有機物汙染物的吸附效果較差。竹炭是竹材熱解得到的主要產品，具有豐富的孔隙分布特徵和高比表面積，而且其表面存在羧基、酚羥基等含氧官能團和少量含硫、氫、氯等其它元素的表面官能團，而具有較強的吸附特性。竹炭是生物質炭的一種，具有極性質穩定，難以降解的特點。竹炭作為一種良好的吸附劑，成本較低，製備簡單，環保經濟且吸附效率高，在吸附領域有極大的應用前景。
[0004]本發明利用竹炭特有的結構特徵吸附目標汙染物抗生素，並對其吸附的特性進行研究，為抗生素汙染廢水的治理提供參考價值。
【發明內容】
`[0005]針對現有技術存在的問題，本發明的目的在於設計提供一種利用竹炭吸附去除水體中環丙沙星的方法的技術方案。該方法利用價格低廉，較易製備的竹炭作為吸附材料，對水體中環丙沙星抗生素汙染物進行吸附去除，為抗生素汙染廢水的無毒害化處理提供一種簡單經濟有效的方法，對環境治理具有潛在的應用價值。
[0006]所述的一種利用竹炭吸附去除水體中環丙沙星的方法，其特徵在於包括以下步驟:
1)將竹材經高溫燒制生成竹炭；
2)將步驟I)得到的竹炭粉碎，過篩；
3)將步驟2)得到的粉末竹炭加入至含有環丙沙星的廢水中，進行連續振蕩處理；
4)將粉末竹炭從廢水中去除。
[0007]所述的一種利用竹炭吸附去除水體中環丙沙星的方法，其特徵在於所述的步驟I)中竹材為3~6年生竹子。
[0008]所述的一種利用竹炭吸附去除水體中環丙沙星的方法，其特徵在於所述的步驟I)中燒制溫度為800~1000 V。[0009]所述的一種利用竹炭吸附去除水體中環丙沙星的方法，其特徵在於所述的步驟2)中竹炭經粉碎、過篩後得到粒徑為100~200目的粉末竹炭。
[0010]所述的一種利用竹炭吸附去除水體中環丙沙星的方法，其特徵在於所述的步驟3)連續振蕩處理轉速為200~300 r/min。
[0011]所述的一種利用竹炭吸附去除水體中環丙沙星的方法，其特徵在於所述的步驟3)中粉末竹炭吸附環丙沙星的條件為:吸附溫度為20~30 °C，連續振蕩時間為12~24 h，溶液的pH為5.5~6.5。 [0012]所述的一種利用竹炭吸附去除水體中環丙沙星的方法，其特徵在於所述的步驟3)中環丙沙星的初始濃度為5~25 mg/L，粉末竹炭與含環丙沙星的廢水的質量比為1:500~1:2500。
[0013]所述的一種利用竹炭吸附去除水體中環丙沙星的方法，其特徵在於所述的步驟4)中採用過濾的方法將廢水與粉末竹炭進行分離。
[0014]本發明與現有技術相比，具有以下優點和效果:
1、可吸附水體中的環丙沙星抗生素，在其最優吸附條件下，吸附初始濃度為25mg/L的環丙沙星的吸附效率為99.6% ；
2、本發明吸附劑製備簡單，操作簡便，耗能低；
3、本發明可利用竹材邊角料燒制，達到了資源有效利用的目的；
4、本發明還可應用於畜禽尿及廢水中抗生素的去除，然後還田，其中竹炭可保持土壤養分，調節土壤pH。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為實施例1中吸附劑用量對吸附效果的影響圖；
圖2為實施例2中pH對吸附效果的影響圖；
圖3為實施例3中吸附時間對吸附效果的影響圖。
【具體實施方式】
[0016]以下結合實施例來進一步說明本發明。
[0017]實施例1:吸附劑用量對吸附效果的影響
稱取 0.005,0.0100,0.0200,0.0500,0.1000,0.2000,0.5000 g (0.0005g)不同量的竹炭顆粒於50 ml玻璃瓶中，加入25 mL，濃度25 mg/L環丙沙星的溶液，該溶液中含有0.01mol/L CaCl2 和 0.01 mol/L NaN3 (0.01 mol/L CaCl2:溶液為支持電解質，0.01 mol/LNaN3:以抑制土壤中細菌活動)。
在25 °C, 220 r/min避光振蕩12 h，分別取樣，上清液過0.22 μπι濾膜後，用液相色譜測定樣品中環丙沙星的含量，並計算去除率，得出竹炭的最佳用量，如圖1所示，當吸附劑的投入量在0.005~0.0500 g時，環丙沙星的吸附去除率隨吸附劑的增加而升高，當吸附劑的投入量為0.1 g時，對環丙沙星的去除效果最好，去除率達到了 99.6%。當吸附劑的投入量超高0.1 g時，吸附劑對環丙沙星的去除率基本保持不變。因此，在具塞玻璃管中加入0.1 g竹炭作為吸附材料去除環丙沙星的最佳靜態吸附劑用量。
[0018]實施例2:pH對吸附效果的影響準確稱取0.1 g的竹炭(精確至±0.0005 g)於50 mL玻璃瓶中，取25 mg/1的環丙沙星溶液(0.01 mol/L CaCl2,0.01 mol/L NaN3)，用 HCl 和 NaOH調節溶液的 pH值為 2.5、3.5、4.5、5.5、6.5、7.5、8.5、9.5，加入 25 mL 不同 pH 值的溶液，在 25 °C, 220 r/min 下避光振蕩12 h後，過0.22 ym濾膜後，測定樣品中環丙沙星的濃度，計算環丙沙星的吸附量。如圖2所示，當水體pH值在2.5~4.5之間時，竹炭對環丙沙星的飽和吸附容量相對較低，當pH=5.5時竹炭對環丙沙星的飽和吸附容量最大，為6148.32 mg/kg,當水體pH值大於5.5時，竹炭對環丙沙星的飽和吸附容量隨著PH值的升高而降低，在pH值為8.5~9.5時竹炭對環丙沙星的飽和吸附容量基本保持不變。
[0019]實施例3:吸附時間對吸附效果的影響
準確稱取0.1 g的竹炭(精確至0.0005 g)於50 mL玻璃瓶中，調節背景溶液的pH值為 5.5，加入 25 mL，25 mg/1 環丙沙星的 0.01 mol/L CaCl2 溶液(0.01 mol/L CaCl2:溶液為支持電解質，其中加入NaN3使其濃度為0.01 mol/L，)，在25 °C, 220 r/min下振蕩48h，在 0、1/6、1/3、0.5、1、1.5、2、4、6、8、10、12、16、24、36、48 h，取上清液，過 0.22 μ m 濾膜後，採用液相色 譜測定樣品中的環丙沙星濃度，計算環丙沙星的吸附量，確定環丙沙星在竹炭上的吸附最佳時間。如圖3所示，當吸附時間在最為0.5 h內，竹炭對環丙沙星的吸附非常迅速，水體中環丙沙星的濃度急劇下降，竹炭對環丙沙星的吸附去除率為80%，吸附時間約為12 h左右，竹炭對環丙沙星的吸附去除率為99.6%，在隨後的24 h內竹炭對環丙沙星的吸附基本保持穩定，表明12 h為竹炭吸附劑達到最大吸附容量的最短吸附時間。
[0020]應用例1:
1)將竹材為5年生竹子經800°C燒制生成竹炭；
2)將步驟I)得到的竹炭粉碎，過篩，得到粒徑為100目的粉末竹炭；
3)調節含有5%環丙沙星的廢水pH至6，將步驟2)得到的粉末竹炭加入至該廢水中，粉末竹炭和廢水的質量比為1:2000，然後在溫度25 °C，轉速250 r/min下連續振蕩18 h ；
4)將粉末竹炭過濾從廢水中去除。
[0021]5)最後檢測廢水中的環丙沙星含量為0.10 mg/kg，去除率達到97.97%。
[0022]應用例2:
1)將竹材為6年生竹子經1000°C燒制生成竹炭；
2)將步驟I)得到的竹炭粉碎，過篩，得到粒徑為200目的粉末竹炭；
3)調節含有15%環丙沙星的廢水pH至5.5，將步驟2)得到的粉末竹炭加入至該廢水中，粉末竹炭和廢水的質量比為1:1000，然後在溫度20 °C，轉速200 r/min下連續振蕩12h ；
4)將粉末竹炭過濾從廢水中去除。
[0023]5)最後檢測廢水中的環丙沙星含量為0.12 mg/kg,去除率達到99.17%。
[0024]應用例3:
1)將竹材為3年生竹子經900°C燒制生成竹炭；
2)將步驟I)得到的竹炭粉碎，過篩，得到粒徑為200目的粉末竹炭；
3)調節含有25%環丙沙星的廢水pH至6，將步驟2)得到的粉末竹炭加入至該廢水中，粉末竹炭和廢水的質量比為1:2500，然後在溫度30 °C，轉速300 r/min下連續振蕩24 h ；
4)將粉末竹炭過濾從廢水中去除。[0025] 5)最後檢測廢水中 的環丙沙星含量為0.19 mg/kg,去除率達到99.24%。
【權利要求】
1.一種利用竹炭吸附去除水體中環丙沙星的方法，其特徵在於包括以下步驟: 1)將竹材經高溫燒制生成竹炭； 2)將步驟I)得到的竹炭粉碎，過篩； 3)將步驟2)得到的粉末竹炭加入至含有環丙沙星的廢水中，進行連續振蕩處理； 4)將粉末竹炭從廢水中去除。
2.如權利要求1所述的一種利用竹炭吸附去除水體中環丙沙星的方法，其特徵在於所述的步驟I)中竹材為3~6年生竹子。
3.如權利要求1所述的一種利用竹炭吸附去除水體中環丙沙星的方法，其特徵在於所述的步驟I)中燒制溫度為800~1000 °C。
4.如權利要求1所述的一種利用竹炭吸附去除水體中環丙沙星的方法，其特徵在於所述的步驟2)中竹炭經粉碎、過篩後得到粒徑為100~200目的粉末竹炭。
5.如權利要求1所述的一種利用竹炭吸附去除水體中環丙沙星的方法，其特徵在於所述的步驟3)連續振蕩處理轉速為200~300 r/min。
6.如權利要求1所述的一種利用竹炭吸附去除水體中環丙沙星的方法，其特徵在於所述的步驟3)中粉末竹炭吸 附環丙沙星的條件為:吸附溫度為20~30 °C，連續振蕩時間為12~24 h，溶液的pH為5.5~6.5。
7.如權利要求1所述的一種利用竹炭吸附去除水體中環丙沙星的方法，其特徵在於所述的步驟3)中環丙沙星的初始濃度為5~25 mg/L，粉末竹炭與含環丙沙星的廢水的質量比為 1:500 ~1:2500。
8.如權利要求1所述的一種利用竹炭吸附去除水體中環丙沙星的方法，其特徵在於所述的步驟4)中採用過濾的方法將廢水與粉末竹炭進行分離。
【文檔編號】B01J20/30GK103613160SQ201310609293
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月27日 優先權日:2013年11月27日
【發明者】陳光才, 王麗, 張建鋒 申請人:中國林業科學研究院亞熱帶林業研究所