一种抗生素吸附袋及其在抗生素污染水体沉积物的原位修复中的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种抗生素吸附袋，所述吸附袋由膨体聚四氟乙烯膜包裹砂粒组成，其中，所述的砂粒表面沉积有多壁碳纳米管。本发明专利技术进一步提出了将上述抗生素吸附袋进行抗生素污染水体沉积物的原位修复的应用。抗生素通过膨体聚四氟乙烯膜的微孔而被强烈地吸附到多壁碳纳米管改性砂粒上，从而降低抗生素在沉积物中的浓度，进一步降低河流湖泊中的抗生素。本发明专利技术制备方法工艺简单，成本相对低廉，可操作性良好，吸附性能良好，同时还能去除氮、磷等污染物，从而有效的修复受污染的沉积物，而且便于回收，不会造成二次污染，具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种抗生素吸附袋及其在抗生素污染水体沉积物的原位修复中的应用
本专利技术涉及一种水体沉积物污染的修复方法，具体地涉及一种抗生素吸附袋及其在抗生素污染水体沉积物的原位修复中的应用。
技术介绍
目前，全世界每年有超过万吨的抗生素类药物用于动物疾病预防和治疗。抗生素摄入后不能被畜禽完全吸收，而是有相当部分以原药或代谢产物的形式随粪便和尿液排入环境中。据统计，畜禽使用后的抗生素有25％～75％以母体药物的形式排出体外，甚至可以高达90％和95％。这些抗生素通过施肥、医药废水排放等途径进入各种水体，进而污染土壤和沉积物。传统的沉积物修复常用方法有疏浚法、淋滤法、客土法等物理方法以及化学还原法、络合法等化学方法，疏浚法等物理方法会破坏底栖生物的生存环境，使已经沉淀的污染物再悬浮，污染物的生物可利用性增加，并且疏浚后的沉积物容易造成二次污染。化学还原法等化学方法往往投资昂贵、需要有复杂设备条件或打乱土层结构，对大面积污染修复效率较低，并且这些化学试剂会二次污染沉积物。利用植物方法对污染进行修复虽然有投资和维护成本低、二次污染风险小等优点，但大多数修复植物有生长缓慢、生物量低以及对生存条件要求严苛等缺点，同时某些植物在对污染物进行修复时只能把污染物固定在根际周围而不能把它们降解为无毒物质或彻底移到安全的地方，一旦经雨水冲刷和淋溶，污染物又会回到土壤而造成二次污染，这些都严重制约了植物修复的效率及应用。与以上修复方法相比，原位覆盖技术花费低，对环境的潜在危害小，修复效率高，不仅可以控制沉积物中PCBs、PAHs和抗生素等持久性有机物及重金属的释放，还可以控制沉积物中氮、磷等营养盐的释放。由于抗生素类化合物分子尺寸较大，水处理常用的材料如活性炭对其吸附去除效果并不理想，因此，开发去除此类污染物的新技术新方法十分必要。研究发现，碳纳米材料特有的性能，如巨大的比表面积、可调控的孔径结构及可修饰的表面性质，对抗生素具有很强的吸附能力，不仅可克服传统材料吸附弱的特点，而且可操作性很强。利用碳纳米材料进行水体沉积物修复已成为当今环境领域的研究热点。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的在于克服现有修复方法的缺陷，提供一种抗生素吸附袋及其在抗生素污染水体沉积物的原位修复中的应用，该方法工艺简单，成本相对低廉，可操作性良好，吸附性能良好，能有效地去除抗生素之类的污染物，尤其是大分子抗生素。技术方案：为实现上述技术目的，本专利技术提供了一种抗生素吸附袋，所述吸附袋由膨体聚四氟乙烯膜包裹砂粒组成，其中，所述的砂粒表面沉积有多壁碳纳米管。本专利技术进一步提出了上述抗生素吸附袋的制备方法，包括如下步骤：(1)气相沉积法制备负载多壁碳纳米管的砂粒：以二茂络铁为催化剂，二甲苯为碳源，氩气和氢气为载气，实验条件：温度750～800℃；空气流速4.0～6.0ml·min-1；氩气和氢气流速380～420ml·min-1；生长时间20～40min，得到负载多壁碳纳米管的砂粒，其平均粒径为0.8～1.5mm。(2)将膨体聚四氟乙烯膜分别用二氯甲烷、甲醇、纯水清洗，根据需要制备规格不同的吸附袋，将制备好的负载多壁碳纳米管的砂粒装入不同规格的吸附袋中，根据污染程度调整砂粒装入量，封口处用尼龙线封紧。具体地，步骤(1)中，所述的二茂络铁与二甲苯的质量体积比为1g∶100～150ml，混合气体中氩气与氢气的体积比为80∶20～90∶10。优选地，步骤(1)中，所述的二茂络铁与二甲苯的质量体积比为1g∶100～150ml，混合气体中氩气与氢气的体积比为80∶20～90∶10，二甲苯与砂粒的体积质量比为100ml∶20～50g。优选地，步骤(2)中，所述的膨体聚四氟乙烯膜的厚度为0.2～0.5mm，孔径为0.2～1.0μm。本专利技术进一步提出了上述抗生素吸附袋在抗生素污染水体沉积物的原位修复上的应用，特别是大分子抗生素污染水体沉积物的原位修复。其中，所述的大分子抗生素的分子量范围为300～2000，如四环素，分子量为444.44；泰乐菌素，分子量为916.11；维吉尼霉素，分子量为1349.48等。具体地，利用上述抗生素吸附袋进行抗生素污染水体沉积物的原位修复时，包括如下步骤：将所述的抗生素吸附袋悬挂在受抗生素污染的沉积物表面，沉积物中抗生素通过膨体聚四氟乙烯膜的孔隙被强烈吸附到多壁碳纳米管修饰砂粒上，从而降低抗生素在沉积物中的浓度。优选地，所述的悬挂通过如下方法实现：用若干个PVC管组成的纵横交叉管道固定在河流表面上方，在交叉处用尼龙线悬挂至少一个所述抗生素吸附袋，然后将所述抗生素吸附袋悬挂至沉积物的表面。有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)通过利用化学气相沉积法将多壁碳纳米管固定在砂粒表面，用膨体聚四氟乙烯膜包裹该多壁碳纳米管修饰砂粒来制备抗生素吸附袋，然后用悬挂的方法将抗生素吸附袋挂至受抗生素污染的沉积物表面，这样可以固定抗生素吸附袋在沉积物中的位置，不会随着水层的流动而流动，沉积物中抗生素会随着水层的流动而运动，抗生素会通过膨体聚四氟乙烯膜的孔隙被强烈吸附到多壁碳纳米管修饰砂粒上，从而降低抗生素在沉积物中的浓度；(2)本专利技术的抗生素吸附袋中所制备的多壁碳纳米管具有较大的比表面积和较强的吸附性能，通过气相沉积法使其生长于所选砂粒表面，然后用膨体聚四氟乙烯膜包裹而成，制备方法简单，且制备出的多壁碳纳米管修饰砂粒的吸附性能要优于常用的活性炭，尤其体现在对大分子抗生素的吸附上。同时相比于市售的单壁碳纳米管，其对目标抗生素的吸附性能相当，但价格优势明显，故本专利技术不仅成本相对低廉而且吸附性能良好。附图说明图1是悬浮单体支架结构示意图；图2是碳纳米管原位修复污染沉积物悬挂示意图；图3是抗生素吸附袋的结构示意图；图4是多壁碳纳米管对四环素及泰乐菌素的吸附等温曲线图；其中，图中的1和2分别是直径为40mm和15mm的PVC管，3是抗体吸附袋，4是连接砂袋与交叉处的尼龙绳，5是膨体聚四氟乙烯膜，6是多壁碳纳米管修饰的砂粒。具体实施方式下面结合具体实施方式并结合附图对本专利技术进行详细描述，然而本专利技术的范围并不以具体实施方式为限。实施例1(1)负载多壁碳纳米管砂粒的制备。采用化学气相沉积法制备，制备负载多壁碳纳米管的砂粒，具体操作方法为：以二茂络铁为催化剂，二甲苯为碳源，氩气和氢气为载气，实验条件：温度790℃；空气流速5.0ml·min-1；氩气/氢气流速400ml·min-1；生长时间30min。其中，二茂络铁与二甲苯的质量体积比为1∶100(g∶ml)，混合气体中氩气与氢气的体积比为85∶15，整个体系中包含25g砂粒。(2)抗生素吸附袋的制备。将膨体聚四氟乙烯膜(厚度为0.25mm，孔径为0.2～1.0μm)分别用二氯甲烷、甲醇、纯水清洗数遍，制成15×22cm大小的袋子，称取20g制备好的负载多壁碳纳米管的砂粒装入袋子中，封口处用尼龙线封紧。(3)抗生素吸附袋的应用。如图1～图3所示，图中的1和2分别是直径为40mm和15mm的PVC管，3是抗体吸附袋，4是连接砂袋与交叉处的尼龙绳，5是膨体聚四氟乙烯膜，6是多壁碳纳米管修饰的砂粒。用若干个PVC管(Φ40mm、Φ15mm)组成的纵横交叉管道固定在实验所用四环素及泰乐菌素污染的环形水槽上方，在交叉处用尼龙线悬挂一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗生素吸附袋，其特征在于，所述吸附袋由膨体聚四氟乙烯膜包裹砂粒组成，其中，所述的砂粒表面沉积有多壁碳纳米管。

【技术特征摘要】
1.一种抗生素吸附袋，其特征在于，所述吸附袋由膨体聚四氟乙烯膜包裹砂粒组成，其中，所述的砂粒表面沉积有多壁碳纳米管，其通过如下方法制备得到：(1)气相沉积法制备负载多壁碳纳米管的砂粒：以二茂络铁为催化剂，二甲苯为碳源，氩气和氢气为载气，实验条件：温度750～800℃；空气流速4.0～6.0mL·min-1；氩气和氢气流速380～420mL·min-1；生长时间20～40min，得到负载多壁碳纳米管的砂粒，其平均粒径为0.8～1.5mm；(2)将膨体聚四氟乙烯膜分别用二氯甲烷、甲醇、纯水清洗，根据需要制备规格不同的吸附袋，将制备好的负载多壁碳纳米管的砂粒装入制备的吸附袋中，根据污染程度调整砂粒装入量，封口处用尼龙线封紧。2.根据权利要求1所述的抗生素吸附袋，其特征在于，步骤(1)中，所述的二茂络铁与二甲苯的质量体积比为1g∶100～150mL；混合气体中氩气与氢气的...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪靓靓，邓丽萍，白朝暾，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32