玉米秸稈生物炭及利用其去除水中磺胺類抗生素的方法和應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種玉米秸稈生物炭及利用其去除水中磺胺類抗生素的方法和應(yīng)用，所述的玉米秸稈生物炭其通過以下步驟制備：1）烘干粉碎；2）放入管式氣氛爐中，采用程序升溫，在500~700℃條件下無氧炭化120~180min；3）在爐內(nèi)冷卻至室溫，研磨炭灰；4）用鹽酸浸泡，過濾，水洗，烘干至恒重，過篩，將該玉米秸稈生物炭作為吸附劑投入磺胺類抗生素的水體中進(jìn)行吸附去除磺胺類抗生素，解決了水中抗生素難以處理的難題。同時(shí)解決了秸稈焚燒帶來的環(huán)境問題，變廢為寶，實(shí)現(xiàn)了玉米秸稈的資源化利用，具備較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
【專利說明】
玉米秸稈生物炭及利用其去除水中磺胺類抗生素的方法和 應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及玉米秸桿生物炭及利用其去除水中磺胺類抗生素的方法和應(yīng)用，屬于 水處理技術(shù)領(lǐng)域。
【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 性和革蘭氏陰性菌都有抑制作用，被廣泛用于醫(yī)療和畜牧業(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、畜禽及水產(chǎn)養(yǎng)殖中各種細(xì)菌感染疾病。國內(nèi)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:磺胺嘧啶、磺胺 氯噠嗪。由于絕大部分磺胺類抗生素不能完全被生物體吸收，磺胺類抗生素會(huì)以母體或代 謝物的形式加入土壤、水體環(huán)境，從而污染生態(tài)環(huán)境，致使在存在環(huán)境中誘導(dǎo)耐藥性細(xì)菌， 對(duì)人類健康產(chǎn)生潛在危害。
[0003] 目前已經(jīng)有將秸桿木炭作為磺胺吡啶和磺胺甲噁唑吸附劑的報(bào)道，但是秸桿木炭 的制備方法不同會(huì)導(dǎo)致吸附性能存在較大差異，其對(duì)底物的吸附也存在選擇性，現(xiàn)有的秸 桿木炭無法達(dá)到良好的吸附效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種玉米秸桿生物炭其能有效的去 除水中的磺胺類抗生素，并提供利用其去除水磺胺類抗生素的方法和應(yīng)用。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下： 技術(shù)方案一： 一種玉米秸桿生物炭，其關(guān)鍵技術(shù)在于，其通過以下步驟制備： 1) 粉碎將玉米秸桿洗凈，烘干，粉碎成碎末； 2) 將玉米秸桿碎末放入管式氣氛爐中，采用程序升溫，在500~700°C條件下無氧炭化 120~180min; 3) 在爐內(nèi)冷卻至室溫，研磨炭灰； 4) 用鹽酸浸泡步驟3)得到的炭灰，過濾，水洗，烘干至恒重，過篩，得到玉米秸桿生物 炭。
[0006] 上述的碎末的長度小于2cm。
[0007] 上述的管式氣氛爐的升溫速度為l〇°C/min，氣氛為N2。
[0008] 上述的碳灰為過60目篩粉末。
[0009] 上述的鹽酸為lmol/L HC1，浸泡時(shí)間為4~6h。
[0010] 上述的水洗為蒸餾水洗滌至洗液為中性。
[0011] 上述的過篩為過100目篩。
[0012] 優(yōu)選的，上述玉米秸桿生物炭通過以下步驟制備： 1) 將玉米秸桿洗凈，風(fēng)干2d，再放入烘箱在60°C下烘干12h，接著用粉碎機(jī)粉碎至2cm以 下； 2) 將玉米秸桿碎末用錫箱紙包好置于瓷坩堝中，蓋好蓋子放入管式氣氛爐，通N2,采用 程序升溫并以l〇°C/min的升溫速率升至目標(biāo)溫度700°C，隨后保持3h; 3) 在爐內(nèi)自然冷卻至室溫后，取出用研缽研磨并過60目篩； 4) 將過篩后的產(chǎn)物用lmoI/L HCl處理4h，抽濾，用蒸餾水洗滌至洗液呈中性后，放入80 °C烘箱烘24h，冷卻至室溫過100目篩，得最終產(chǎn)物玉米秸桿生物炭。
[0013] 技術(shù)方案二： 一種利用技術(shù)方案一中所述的玉米秸桿生物炭去除水中磺胺類抗生素的方法，其包括 以下方法： 將玉米秸桿生物炭作為吸附劑投入磺胺類抗生素的水體中進(jìn)行吸附去除磺胺類抗生 素，其中吸附的溫度為10~40°C，吸附時(shí)間為10~720min，吸附平衡后溶液的pH為5.5左右，其 中水體中磺胺類抗生素的初始濃度為1~20mg/L，玉米桿炭與含磺胺類抗生素的水體的質(zhì)量 比為1:100~200。
[0014] 優(yōu)選的，所述吸附溫度為25±2°C。
[0015]優(yōu)選的，所述玉米秸桿生物炭與含磺胺類抗生素的水體的質(zhì)量比為1:100~200。 [0016]技術(shù)方案三： 技術(shù)方案一中所述的玉米秸桿生物炭在去除水中磺胺類抗生素中的應(yīng)用。
[0017] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所取得的有益效果如下： 1. 本發(fā)明所提供的玉米秸桿生物炭表面有較為規(guī)則的孔道結(jié)構(gòu)，每條孔道上有細(xì)小而 密集的微孔，孔隙結(jié)構(gòu)豐富，具有巨大的比較面積，對(duì)水體中磺胺類抗生素具有明顯的吸附 作用； 2. 本發(fā)明提供的玉米秸桿生物炭不含晶體礦物，灰分含量低，具有更高的活化性能，可 以吸附水體中大量的污染物，對(duì)水質(zhì)凈化和環(huán)境保護(hù)作出巨大的貢獻(xiàn)； 3. 本發(fā)明利用玉米秸桿制成的生物炭做為吸附劑，對(duì)多種磺胺類抗生素均具備較好的 吸附作用，可以有效的去除水體中的磺胺類抗生素，解決了水中抗生素難以處理的難題。同 時(shí)解決了秸桿焚燒帶來的環(huán)境問題，變廢為寶，實(shí)現(xiàn)了玉米秸桿的資源化利用，具備較好的 經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1得到的玉米秸桿生物炭的掃描電鏡SEM圖； 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1得到的玉米秸桿生物炭的傅立葉紅外光譜圖； 圖3為本發(fā)明實(shí)施例1得到的玉米秸桿生物炭的XRD圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 以下結(jié)合附圖1-3和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)的敘述。
[0020] 實(shí)施例1 一種玉米猜桿生物炭，其通過以下步驟制備： 1)將玉米秸桿洗凈，風(fēng)干2d，再放入烘箱在60°C下烘干12h，接著用粉碎機(jī)粉碎至2cm以 下； 2) 將玉米秸桿碎末用錫箱紙包好置于瓷坩堝中，蓋好蓋子放入管式氣氛爐，通N2,采用 程序升溫并以l〇°C/min的升溫速率升至目標(biāo)溫度700°C，隨后保持3h; 3) 在爐內(nèi)自然冷卻至室溫后，取出用研缽研磨并過60目篩； 4) 將過篩后的產(chǎn)物用lmoI/L HCl處理4h，抽濾，用蒸餾水洗滌至洗液呈中性后，放入80 °C烘箱烘24h，冷卻至室溫過100目篩，得最終產(chǎn)物玉米秸桿生物炭。
[0021]對(duì)本實(shí)施例所制備的玉米秸桿生物炭進(jìn)行表征分析:如附圖1所示為其SEM圖，從 圖譜上看，所制備的生物炭表面有較為規(guī)則的孔道結(jié)構(gòu)，每條孔道上有細(xì)小而密集的微孔， 孔隙結(jié)構(gòu)非常豐富，且其有巨大的比表面積。附圖2為其傅立葉紅外光譜圖，從該圖譜上看， 所制備的生物炭表面存在羥基、羧基、酯、酚、醚、烯烴和芳香等官能團(tuán)，從伸縮振動(dòng)的強(qiáng)度 上看，所制備的生物炭結(jié)構(gòu)中含有較多的C-O單鍵和C=C、C=0雙鍵。附圖3為其XRD圖譜，從該 圖譜可以看出，所制備的生物炭不含晶體礦物，灰分含量低，具有更高活化性能。
[0022] 實(shí)施例2 利用實(shí)施例1所得到的玉米秸桿生物炭作為吸附劑，處理含磺胺嘧啶的微污染水，在 IOOmL的具塞玻璃瓶中進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)。其中，玉米桿炭生物炭和含磺胺嘧啶的水溶液的質(zhì)量 比為1:100，吸附溫度為25 ± 2 °C，磺胺嘧啶的初始濃度為1~20mg/L，吸附時(shí)間為3h，吸附平 衡后溶液的pH值約為5.60，處理結(jié)果見表1。
[0023] 實(shí)施例3 利用實(shí)施例1所得到的玉米秸桿生物炭作為吸附劑，處理含磺胺氯噠嗪的微污染水，在 IOOmL的具塞玻璃瓶中進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)。其中，玉米桿炭生物炭和含磺胺氯噠嗪的水溶液的質(zhì) 量比為1:200，吸附溫度為25 ± 2°C，磺胺氯噠嗪的初始濃度為1~20mg/L，吸附時(shí)間為3h，吸 附平衡后溶液的pH值約為5.20，處理結(jié)果見表1。
[0024]表1玉米秸桿生物炭處理結(jié)果匯總表。
[0025]以上所述實(shí)施方式僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，而并非本發(fā)明可行實(shí)施的窮舉。對(duì) 于本領(lǐng)域一般技術(shù)人員而言，在不背離本發(fā)明原理和精神的前提下對(duì)其所作出的任何顯而 易見的改動(dòng)，都應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為包含在本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種玉米秸桿生物炭，其特征在于，其通過以下步驟制備： 1) 粉碎將玉米秸桿洗凈，烘干，粉碎成碎末； 2) 將玉米秸桿碎末放入管式氣氛爐中，采用程序升溫，在500~700°C條件下無氧炭化 120~180min; 3 )在爐內(nèi)冷卻至室溫，研磨炭灰； 4)用鹽酸浸泡步驟3)得到的炭灰，過濾，水洗，烘干至恒重，過篩，得到玉米秸桿生物 炭。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種玉米秸桿生物炭，其特征在于，所述的管式氣氛爐的升溫 速度為l〇°C/min，氣氛為N2。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種玉米秸桿生物炭，其特征在于，所述的炭灰為過60目篩粉 末。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種玉米秸桿生物炭，其特征在于，所述的鹽酸為lmol/L HC1，浸泡時(shí)間為4~6h，所述的水洗為蒸餾水洗滌至洗液為中性。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種玉米秸桿生物炭，其特征在于，所述的過篩為過100目篩。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種玉米秸桿生物炭，其特征在于，上述玉米秸桿生物炭通過 以下步驟制備： 1) 將玉米秸桿洗凈，風(fēng)干2d，再放入烘箱在60°C下烘干12h，接著用粉碎機(jī)粉碎至2cm以 下； 2) 將玉米秸桿碎末用錫箱紙包好置于瓷坩堝中，蓋好蓋子放入管式氣氛爐，通N2,以10 °C/min的升溫速率升至目標(biāo)溫度700°C，隨后保持3h; 3) 在爐內(nèi)自然冷卻至室溫后，取出用研缽研磨并過60目篩； 4) 將過篩后的產(chǎn)物用lmo 1 /L HC1處理4h，抽濾，用蒸餾水洗滌至洗液呈中性后，放入80 °C烘箱烘24h，冷卻至室溫過100目篩，得最終產(chǎn)物玉米秸桿生物炭。7. -種利用如權(quán)利要求1~6任一項(xiàng)所述的玉米秸桿生物炭去除水中磺胺類抗生素的方 法，其特征在于，其包括以下方法： 將玉米秸桿生物炭作為吸附劑投入磺胺類抗生素的水體中進(jìn)行吸附去除磺胺類抗生 素，其中吸附的溫度為10~40°C，吸附時(shí)間為10~720min，吸附平衡后溶液的pH為5.5左右，其 中水體中磺胺類抗生素的初始濃度為1~20mg/L，玉米桿炭與含磺胺類抗生素的水體的質(zhì)量 比為1:100~200。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的去除水中磺胺類抗生素的方法，其特征在于，所述吸附溫度為 25±2°C。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的去除水中磺胺類抗生素的方法，其特征在于，所述玉米秸桿生 物炭與含磺胺類抗生素的水體的質(zhì)量比為1:100~200。10. 如權(quán)利1~6任一項(xiàng)所述的玉米秸桿生物炭在去除水中磺胺類抗生素中的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】B01J20/30GK106040173SQ201610448595
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年6月21日
【發(fā)明人】丘錦榮, 趙濤, 盧文洲, 雷育濤, 易皓, 林曉君, 曾經(jīng)文
【申請(qǐng)人】環(huán)境保護(hù)部華南環(huán)境科學(xué)研究所