一种畜禽粪便生物炭的制备及其去除水中磺胺类抗生素的方法技术

本发明专利技术公开了一种畜禽粪便生物炭的制备及其去除水中磺胺类抗生素的方法，属于废弃物资源化利用和水处理技术领域。其包括以下步骤：（1）取畜禽粪便烘干至恒重，经马弗炉高温热裂解制成生物炭；（2）将步骤（1）得到的畜禽粪便生物炭用1:1的盐酸和氢氟酸混合酸浸泡，去离子水洗净至中性左右，烘干至恒重，研磨，过筛；（3）将步骤（2）得到的生物炭吸附剂投入含磺胺类抗生素的水体中，吸附去除磺胺类抗生素。本发明专利技术与现有技术相比，具有以下优点和效果：可吸附磺胺类抗生素浓度范围大（10‑100mg/L），去除率高（50.2‑99.9%）；吸附剂制备简单，操作简便，成本低廉；变废为宝，实现畜禽粪便废弃物转化利用，具有重要社会意义和经济价值。

【技术实现步骤摘要】
一种畜禽粪便生物炭的制备及其去除水中磺胺类抗生素的方法
：本专利技术涉及一种畜禽粪便生物炭的制备及其去除水中磺胺类抗生素的方法，本方法具体利用畜禽养殖业产生的有机废弃物-畜禽粪便制备生物炭材料，然后将生物炭加入到污染水体中去除磺胺类抗生素，属于废弃物资源化利用和水处理

技术介绍
：磺胺类抗生素（SAs）一类新型离子型有机污染物。它具有价廉、高效等优点，是现阶段使用最广泛的一类抗生素。SAs等抗生素被使用后，有高达85%以上以原形或代谢物的形式随生物粪便和尿液等排泄物进入土壤或水环境，导致生态环境的严重污染。目前，已有许多国家在污水处理厂活性污泥、地表水、甚至饮用水中检测出多种类、不同浓度的SAs。SAs的环境残留可改变环境微生物种类，破坏生态系统平衡，且诱导的抗性基因可通过食物等途径进入人体，导致人体对SAs形成耐药性。因此，开展废水环境残留SAs的去除研究具有重要意义，也迫在眉睫。目前，处理SAs废水的方法主要有离子交换法、化学氧化法、膜过滤法、吸附法和活性污泥法等，其中离子交换法、化学氧化法和膜过滤法等深度处理技术成本高，处理效果不稳定。而污水处理厂最常用活性污泥法，对SAs去除效率仅为20%-77%，且可能引入消毒副产物，这主要是因为SAs能抑制微生物活性，导致处理效果偏低。因此，效率高、能耗低、操作简便的吸附法越来越受到研究者广泛关注和研究。吸附法是一种利用吸附剂通过吸附作用去除水中有毒有害物质的方法，是一种常用水处理技术。其中吸附剂通常指高比表面积、大孔体积的物质，如活性炭、硅胶、分子筛等。近年来利用有机废弃物制备的生物炭等环境友好材料，因其具有高比表面积、丰富的表面官能团、化学稳定性和多孔等类似活性炭的优点，而被政府和环保研究者广泛关注。本专利技术将对环境造成严重污染的畜禽粪便制备成具有较强吸附能力的吸附材料既是实现废弃物资源化的重要措施，又可为水处理技术升级提供新思路。
技术实现思路
：针对畜禽粪便有机废弃物资源再利用，本专利技术的目的是提供一种畜禽粪便生物炭的制备及其去除水中SAs的方法，该方法利用畜禽粪便有机废弃物制备的生物炭作为吸附材料，吸附去除水环境SAs污染物，成本低廉，处理效果好；同时畜禽粪便废弃物得到有效利用，减少了其对环境污染，改善了生态环境。为达到专利技术目的，本专利技术采用的技术方案：利用畜禽养殖业产生的有机废弃物-畜禽粪便制备生物炭材料，然后将生物炭加入到污染水体中去除SAs，其特征在于包括以下具体步骤：（1）取畜禽粪便烘干至恒重，经马弗炉高温热裂解制成生物炭；（2）将步骤（1）得到的畜禽粪便生物炭用1:1的盐酸和氢氟酸混合酸浸泡，去离子水洗净至中性左右，烘干至恒重，研磨，过筛；（3）将步骤（2）得到的生物炭吸附剂投入含磺胺类抗生素的水体中，吸附去除磺胺类抗生素。所述的一种畜禽粪便生物炭的制备及其去除水中磺胺类抗生素的方法，其特征在于所述步骤（1）中生物炭的制备以干燥畜禽粪便为原料，自然风干，研碎至2-6cm，锡箔纸密封，缺氧600℃高温热裂解6小时。所述的一种畜禽粪便生物炭的制备及其去除水中磺胺类抗生素的方法，其特征在于所述步骤（2）中盐酸浓度为1mol/L，氢氟酸浓度为1mol/L，浸泡时间为12h，浸泡过程伴随机械搅动，浸泡过程重复3次。所述的一种畜禽粪便生物炭的制备及其去除水中磺胺类抗生素的方法，其特征在于所述步骤（2）的过筛为60目。所述的一种畜禽粪便生物炭的制备及其去除水中磺胺类抗生素的方法，其特征在于所述步骤（3）中水体磺胺类抗生素初始浓度为10-100mg/L，生物炭与含磺胺类抗生素的水体的质量比为1:500-1000。所述的一种畜禽粪便生物炭的制备及其去除水中磺胺类抗生素的方法，其特征在于所述步骤（3）中吸附温度为25±2℃，吸附振荡时间为48h，吸附平衡后溶液pH为5.65。本专利技术的技术原理如下：粪便生物炭具有较大比表面积和π键以及丰富的孔隙结构和表面官能团，因此生物炭可以通过分配、表面吸附作用及静电作用等机制有效地去除水中SAs。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点及效果：1、本专利技术中所使用的吸附剂是将牛粪废弃物转化而成的生物炭，因此原材料成本低，并且实现了废弃生物质的资源化；2、本专利技术中所使用的吸附剂对SAs均有强烈吸附，在其最优吸附条件下，吸附初始浓度为50mg/L的SAs的吸附效率为99.9%.附图说明图1为实施例1为吸附剂对不同SAs的吸附去除率；图2为实施例2为吸附剂用量对不同SAs的吸附效果图；图3为实施例3为pH对不同SAs的吸附效果图。图4为实施例4为吸附时间对不同SAs的吸附效果图。具体实施方式以下结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。实施例1：准确称取0.05g的牛粪生物炭于30mL具塞玻璃管中，加入25mL浓度分别为10、20、40、50、60、80、100mg/L的磺胺嘧啶、磺胺甲基嘧啶及磺胺异恶唑的溶液，该溶液中含有0.01mol/LCaC12和0.01mol/LNaN3(0.01mol/LCaC12溶液为支持电解质，0.01mol/LNaN3为抑制水中细菌活动）。在25℃，200r/min避光连续震荡48h，分别取上清液过0.45μm滤膜后，用高效液相色谱测定样品中磺胺嘧啶、磺胺甲基嘧啶及磺胺异恶唑的含量，并计算去除率，得到牛粪生物炭对不同浓度磺胺类抗生素的去除范围，如图1所示。当吸附剂的投入量在0.05g时，磺胺嘧啶、磺胺甲基嘧啶及磺胺异恶唑浓度小于等于40mg/L时，去除率达到95％以上。实施例2：吸附剂用量对吸附效果的影响准确称取0.0100、0.0200、0.0500、0.1000、0.2000、0.5000g不同量的牛粪生物炭于30ml具塞玻璃管中，分别加入25mL浓度50mg/L磺胺嘧啶、磺胺甲基嘧啶及磺胺异恶唑的溶液，各SAs溶液中含有0.01mol/LCaC120.01mol/LNaN3(0.01mol/LCaC12溶液为支持电解质，0.01mol/LNaN3为抑制水中细菌活动）。然后在25℃，200r/min避光振荡48h，分别取上清液过0.45μm滤膜后，用高效液相色谱测定样品中磺胺嘧啶、磺胺甲基嘧啶及磺胺异恶唑的含量，并计算去除率，得出牛粪生物炭的最佳用量，如图2所示。当吸附剂的投入量在0.01-0.0500g时，磺胺嘧啶、磺胺甲基嘧啶及磺胺异恶唑的吸附去除率随吸附剂的增加而升高，当吸附剂的投入量为0.1g时，对磺胺嘧啶、磺胺甲基嘧啶及磺胺异恶唑的去除效果最好，去除率达到了99.9%。当吸附剂的投入量超高0.1g时，吸附剂对磺胺嘧啶、磺胺甲基嘧啶及磺胺异恶唑的去除率基本保持不变。因此，在具塞玻璃管中加入0.1g牛粪生物炭作为吸附材料去除SAs的最佳静态吸附剂用量。实施例3：pH对吸附效果的影响准确称取0.1g的牛粪生物炭于30mL玻璃管中，取25mL、50mg/l的磺胺嘧啶、磺胺甲基嘧啶及磺胺异恶唑溶液（含0.01mol/LCaC12和0.01mol/LNaN3），然后用HCl和NaOH调节溶液的pH值为2.5、3.5、4.5、5.5、6.5、7.5、8.5，9.5，在25℃，200r/min下避光振荡48h后，过0.45μm滤膜后，测定样品中SAs的浓度，计算SAs的吸附系数。如图3所示，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种畜禽粪便生物炭的制备及其去除水中磺胺类抗生素的方法，其特征在于包括以下具体步骤：（1）取畜禽粪便烘干至恒重，经马弗炉高温热裂解制成生物炭；（2）将步骤（1）得到的畜禽粪便生物炭用1:1的盐酸和氢氟酸混合酸浸泡，去离子水洗净至中性左右，烘干至恒重，研磨，过筛；（3）将步骤（2）得到的生物炭吸附剂投入含磺胺类抗生素的水体中，吸附去除磺胺类抗生素。

【技术特征摘要】
1.一种畜禽粪便生物炭的制备及其去除水中磺胺类抗生素的方法，其特征在于包括以下具体步骤：（1）取畜禽粪便烘干至恒重，经马弗炉高温热裂解制成生物炭；（2）将步骤（1）得到的畜禽粪便生物炭用1:1的盐酸和氢氟酸混合酸浸泡，去离子水洗净至中性左右，烘干至恒重，研磨，过筛；（3）将步骤（2）得到的生物炭吸附剂投入含磺胺类抗生素的水体中，吸附去除磺胺类抗生素。2.根据权利要求1所述的一种畜禽粪便生物炭的制备及其去除水中磺胺类抗生素的方法，其特征在于所述步骤（1）中生物炭的制备以干燥畜禽粪便为原料，自然风干，研碎至2-6cm，锡箔纸密封，缺氧600℃高温热裂解6小时。3.根据权利要求1所述的一种畜禽粪便生物炭的制备及其去除水中磺胺类抗生素的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖小雨，邹小明，尹丽，
申请(专利权)人：井冈山大学，
类型：发明
国别省市：江西,36