申请日2017.08.25
公开(公告)日2018.02.13
IPC分类号C02F1/28; C02F103/20; C02F101/20; C02F101/30; C02F101/38
摘要
本发明公开一种造纸污泥基生物炭在去除水体中抗生素或重金属与抗生素的应用，属于生物质处理技术和水处理技术领域。本发明的造纸污泥基生物炭具有较大的比面积和孔径，能高效去除铜、锌、砷和磺胺二甲嘧啶、泰乐菌素、罗红霉素的复合污染。本发明制备工艺简单、效果显著且稳定、环保无二次污染，在修复水体中重金属/抗生素污染方面具有广泛的应用价值。本发明既回收利用了造纸厂难处理的污泥，又解决了含重金属和抗生素的废水环境污染问题，因此本发明的实施具有重要的环境效益、经济效益。本发明在废弃物资源化利用、污水处理方面具有巨大的市场和应用潜力。
权利要求书
1.造纸污泥基生物炭在去除水体中抗生素或重金属与抗生素的应用。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：
所述的水体为含抗生素或重金属与抗生素复合污染物的水体。
3.根据权利要求1或2所述的应用，其特征在于：
所述的重金属为铜、锌、砷;
所述的抗生素为磺胺二甲嘧啶、泰乐菌素、罗红霉素。
4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：
所述的水体，其pH为5～7，背景溶液为0.01～0.05M的硝酸钠或硝酸钾溶液，Cu、Zn、As、SDM、TYL和ROX的浓度分别为5～20、20～80、1～2、1～10、1～10和0.1～0.5mg/L。
5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：
所述的造纸污泥基生物炭的制备方法，包括如下步骤：
以造纸污泥为原材料，自然风干过目后，限氧慢速热解炭化，制得造纸污泥基生物炭。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于：
所述的过目为过40～100目。
7.根据权利要求5所述的应用，其特征在于：
所述的限氧慢速热解炭化的条件为采用限氧并以10～15℃/min的慢速升温至700～800℃进行热解炭化2～3h。
8.一种高效去除水体中抗生素或重金属与抗生素的方法，其特征在于包括如下步骤：
A、含抗生素或重金属与抗生素的水体的配制：在用配制好的背景溶液中加入抗生素或重金属与抗生素，得到混合溶液，在调节混合溶液的pH，得到含抗生素或重金属与抗生素的水体;
B、将造纸污泥基生物炭投加步骤A中制备得到的含抗生素或重金属与抗生素的水体中进行振荡吸附。
9.根据权利要求8所述的高效去除水 体中抗生素或重金属与抗生素污染的方法，其特征在于：
步骤B中所述的造纸污泥基生物炭的投加量为5～10g/L。
10.根据权利要求8所述的高效去除水体中抗生素或重金属与抗生素污染的方法，其特征在于：
步骤B中所述的振荡吸附的时间为12～48h。
说明书
造纸污泥基生物炭在去除水体中抗生素或重金属与抗生素的应用
技术领域
本发明属于生物质处理技术和水处理技术领域，具体涉及一种造纸污泥基生物炭在去除水体中抗生素或重金属与抗生素的应用。
背景技术
畜禽养殖业集约化、规模化和机械化进程地不断加快，促使其产生的畜禽粪尿、畜禽污水中重金属/抗生素的污染成为了亟待解决的一大环境问题。大量研究证明，生物炭作为一种含高度磷酸酯化和芳香化结构的新型环境功能材料，在去除土壤/沉积物、好氧废水环境中的重金属/抗生素的功效上表现出了显著的优越性。
文献“造纸污泥活性生物质炭的制备及表征”，以造纸污泥为原料，在中温(550℃)完全厌氧条件下制备生物炭，并对生物炭进行活化改性，用于吸附水中Pb(Ⅱ)，说明以造纸污泥为原材料的生物炭，在去除重金属污染上有潜在应用价值。但这一文献只涉及单种污染物Pb(Ⅱ)的吸附，并未涉及造纸污泥生物炭对多种重金属的复合污染的吸附效果，而且没有涉及其在有机污染治理中的应用。在文献“生物质炭对水和土壤中重金属/抗生素的吸附固持作用”中，玉米和小麦制备的生物炭对土霉素和铜表现出了强吸附能力，但该文献只涉及四环素类抗生素的去除，未提及对畜禽污水中广泛存在的磺胺类和大环内脂类抗生素污染物的吸附能力，重金属也只研究了Cu，未涉及Cu/Zn/As的复合污染。为研制出吸附能力更强、应用范围更广的生物炭，结合第一篇文献中以造纸污泥为原材料制炭的优越性，在高温(750℃)、限氧条件下制备造纸污泥基生物炭，并将其应用在重金属和抗生素复合污染的去除上，还未曾有报道。
发明内容
为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种造纸污泥基生物炭在去除水体中抗生素或重金属与抗生素的应用。
该生物炭能高效吸附水体中Cu、Zn、As、SDM、TYL和ROX的复合污染物。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
本发明提供一种造纸污泥基生物炭在去除水体中抗生素或重金属与抗生素的应用。
所述的水体为含抗生素或重金属与抗生素复合污染物的水体。
一种高效去除水体中抗生素或重金属与抗生素的方法，是将造纸污泥基生物炭投加到含抗生素或重金属与抗生素的水体中实现的，包括如下步骤：
A、含抗生素或重金属与抗生素的水体的配制：在用配制好的背景溶液中加入抗生素或重金属与抗生素，得到混合溶液，在调节混合溶液的pH，得到含抗生素或重金属与抗生素的水体;
B、将造纸污泥基生物炭投加步骤A中制备得到的含抗生素或重金属与抗生素的水体中进行振荡吸附。
步骤A中所述的重金属为铜(Cu)、锌(Zn)、砷(As);
步骤A中所述的抗生素为磺胺二甲嘧啶(SDM)、泰乐菌素(TYL)、罗红霉素(ROX)，其中SDM和TYL、ROX的内标物分别是磺胺嘧啶和咖啡因;
步骤A中所述的背景溶液为0.01～0.05M的硝酸钠或硝酸钾溶液;优选是采用0.01M的硝酸钠溶液;
所述的Cu、Zn、As、SDM、TYL和ROX的浓度分别为5～20、20～80、1～2、1～10、1～10和0.1～0.5mg/L;优选Cu、Zn、As、SDM、TYL和ROX的浓度分别是10、50、1.5、9、5、0.3mg/L;
步骤A中所述的混合溶液的pH值调节至5～7;优选是将pH值调节至6±0.1;
步骤B中所述的造纸污泥基生物炭的投加量为5～10g/L;优选为5g/L;
步骤B中所述的振荡吸附的时间为12～48h;优选是采用24h;
所述的造纸污泥基生物炭的制备方法，包括如下步骤：
以造纸污泥为原材料，自然风干过目后，限氧慢速热解炭化，制得造纸污泥基生物炭。
所述的过目为过40～100目;优选的目数是60目;
所述的限氧慢速热解炭化的条件为采用限氧并以10～15℃/min的慢速升温至700～800℃进行热解炭化2～3h;优选为采用两层锡箔纸包裹坩埚营造限氧环境并以10℃/min的慢速升温至750℃进行热解炭化2h。
所述的抗生素的检测条件如下：采用超高相液质联用(ACQUITY UPLC-MS)的检测：
色谱条件：ACQUITY UPLC BEH C18(1.7μm，2.1×50mm Column);柱温：40℃;进样体积：5μL;流速：0.400mL/min;流动相A：0.1%的甲酸溶液，流动相B：0.1%甲酸的乙腈溶液;
质谱条件：离子源：电喷雾电离(ESI+);毛细管电压：2.5kV;离子源温度：150℃;脱溶剂气温度：400℃;脱溶剂气流速：600L/h;锥孔气流速：50L/h;检测方式：MRM。
本发明既回收利用了造纸厂难处理的污泥，又解决了含重金属和抗生素的废水环境污染问题，因此本发明的实施具有重要的环境效益、经济效益。本专利在废弃物资源化利用、污水处理方面具有巨大的市场和应用潜力。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
(1)本发明的造纸污泥基生物炭具有较大的比面积和孔径，能高效去除铜(Cu)、锌(Zn)、砷(As)和磺胺二甲嘧啶(SDM)、泰乐菌素(TYL)、罗红霉素(ROX)的复合污染。
(2)本发明制备工艺简单、效果显著且稳定、环保无二次污染，在修复水体中重金属/抗生素污染方面具有广泛的应用价值。