一种降解环丙沙星的催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种降解环丙沙星的催化剂，包括：蛋壳膜生物炭KBC800、CoFe2O4。本发明专利技术通过水热法制备KBC800@CoFe2O4磁性催化剂材料绿色环保，且KBC800@CoFe2O4磁性催化剂材料针对抗生素类污染物有着高效的降解作用，在催化剂投加量为20mg，过一硫酸氢钾投加量为0.1mmol的条件下，KBC800@CoFe2O4/PMS体系对(100mL，5mg/L，pH＝7)环丙沙星的降解率高达95％。与现有的生物炭基催化剂相比，该材料可在相对较低的投加量下更有效地活化过一硫酸氢钾以实现更高效的环丙沙星降解去除。氢钾以实现更高效的环丙沙星降解去除。氢钾以实现更高效的环丙沙星降解去除。

【技术实现步骤摘要】
一种降解环丙沙星的催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及水处理领域，具体涉及一种降解环丙沙星的催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，水环境中的“新兴污染物”逐渐转变为环境化学研究热点。随着抗生素在临床上的广泛使用，大量抗生素残留于水体中被排放至世界各地。环丙沙星(Ciprofloxacin，CIP，C
17
H
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FN3O3)属于第三代氟喹诺酮类抗生素，是使用最广泛的人用和兽用抗生素类药物之一。当下金属氧化物催化剂活性低，稳定性差，难以被传统的污水处理工艺去除，导致其持续排放进入环境，长期饮用含低浓度环丙沙星的水，可导致人类神经过敏、恶心、呕吐；饮用含高浓度的环丙沙星水将导致严重的副反应，如血小板减少、急性肾功能衰竭、白细胞减少症等。环境中的环丙沙星污染有着深远危害，因此对环丙沙星的降解处理势在必行，且需要一种能克服传统金属氧化物催化剂不足的环丙沙星降解催化剂。
[0003]硫酸根自由基高级氧化技术因其具有能够高效降解污染物的特点，近年来在水体中新兴有机污染物去除方面受到广泛关注。同时，生物炭(Biochar，BC)凭借其比表面积大、富含官能团成为应用于过一硫酸盐(Peroxymonosulfate，PMS)活化的新生催化剂。掺杂金属被认为是提高生物炭催化能力的最有效方式之一，当生物炭作为金属催化剂的载体时可以阻止金属纳米颗粒的聚集并提供更多活性位点以提高催化效率。CoFe2O4是最常用的诱导PMS活化的催化剂之一，原理是Co
2+
和Fe
3+
的偶联能够高效活化PMS产生活性物种：
[0004]≡Co
2+
+HSO5‑
→
≡Co
3+
+SO4·
‑
+OH
‑
[0005]≡Co
3+
+HSO5‑
→
≡Co
2+
+SO5·
‑
+OH
+
[0006]≡Fe
3+
+HSO5‑
→
≡Fe
2+
+SO5·
‑
+H
+
[0007]≡Fe
2+
+HSO5‑
→
≡Fe
3+
+SO4·
‑
+OH
‑
[0008]≡Fe
2+
+≡Co
3+
→
≡Fe
3+
+≡Co
2+
[0009]然而，CoFe2O4纳米颗粒磁性较强，在水溶液中容易团聚，导致暴露的活性位点减少。将CoFe2O4分布在石墨烯、蒙脱石、生物炭等载体材料上，可提高其催化活性。将生物炭作为CoFe2O4纳米颗粒的载体是克服CoFe2O4活化PMS缺点的一种有效的方法。
[0010]蛋壳膜(ESM)是介于蛋壳与蛋清之间的一层具有网状纤维结构的膜，由碳酸钙、胶原蛋白和微量元素组成，具有良好的生物相容性，以及丰富的羟基(
‑
OH)、羧基(
‑
COOH)、氨基(
‑
NH2)等官能团，有利于捕获金属离子。蛋壳膜由于其独特的结构、丰富的表面官能团和低廉的成本，已成为合成不同性能纳米材料的重要载体。
[0011]有研究表明K2CO3可以有效地改善生物炭的孔隙结构，为生物炭提供丰富的传质通道、吸附和催化活性位点。且在共热解过程中，K2CO3可增加生物炭的碱度，有助于重金属的固定化，可有效降低重金属的浸出。因此，加入K2CO3作为生物炭的造孔剂可以提高蛋壳膜生物炭的孔隙率，有利于生物炭中重金属的固定化。

技术实现思路

[0012]为了解决上述技术问题，克服传统金属氧化物催化剂的不足，本专利技术提供了一种降解环丙沙星的催化剂及其制备方法和应用，以鸡蛋壳膜为原料，以K2CO3为造孔剂制备多孔生物炭KBC800，以此作为CoFe2O4纳米颗粒的载体，构建KBC800@CoFe2O4/PMS体系催化降解环丙沙星，为抗生素污染废水的处理提供一种安全、绿色、高效的新方法。
[0013]为了达到上述技术效果，本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种降解环丙沙星的载体型催化剂KBC800@CoFe2O4。
[0014]本专利技术的又一目的在于提供一种降解环丙沙星的催化剂制备方法，具体包括以下步骤：
[0015]S1、预处理得到蛋壳膜，并将其干燥磨成粉用去离子水洗涤；
[0016]S2、将K2CO3溶解于去离子水中，并加入S1中用去离子水洗涤后的蛋壳膜，将其混合物干燥后在在氮气氛围下热解，得到KBC800；
[0017]S3、取Co(NO3)2﹒6H2O和0.1346g Fe(NO3)2﹒9H2O，溶解于去离子水中，得到溶液1；将S2中得到的KBC800通过搅拌均匀分散于去离子水中得到溶液2；
[0018]S4、将溶液1滴入到溶液2，并逐滴加入氢氧化钠到混合溶液中，将其置入烘箱中反应，采用磁铁将所得混合物进行固液分离，用水、乙醇交替洗涤所得固体KBC800@CoFe2O4，在60℃下干燥；
[0019]进一步的，所述S2中将1g K2CO3溶解于(25～45)mL去离子水中，并加入5g蛋壳膜；
[0020]进一步的，所述S2中称取0.0484g Co(NO3)2﹒6H2O和0.1346g Fe(NO3)2﹒9H2O，溶解到6mL去离子水中，得到溶液1；
[0021]进一步的，所述S2中取0.1175g KBC800均匀分散于去15mL离子水中得到溶液2；
[0022]本专利技术的有益效果是：
[0023]本专利技术通过水热法制备KBC800@CoFe2O4磁性催化剂材料绿色环保，且KBC800@CoFe2O4磁性催化剂材料针对抗生素类污染物有着高效的降解作用，在催化剂投加量为20mg，过一硫酸氢钾投加量为0.1mmol的条件下，KBC800@CoFe2O4/PMS体系对(100mL，5mg/L，pH＝7)环丙沙星的降解率可达95％。与现有的生物炭基催化剂相比，该材料可在相对较低的投加量下更有效地活化过一硫酸氢钾，以实现环丙沙星的高效去除。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0025]图1为蛋壳膜、BC800、KBC800、KBC800@CoFe2O4的扫描电镜图；
[0026]图2为BC800、KBC800、KBC800@CoFe2O4的N2吸附
‑
解吸曲线；
[0027]图3为本专利技术KBC800、KBC800@CoFe2O4的XRD图谱、KBC800本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种降解环丙沙星的催化剂，包括蛋壳膜衍生化生物炭KBC800负载型CoFe2O4(KBC800@CoFe2O4)。2.制备权利要求1所述降解环丙沙星的催化剂的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：S1、预处理得到蛋壳膜，并将其干燥磨成粉备用；S2、将K2CO3溶解于去离子水中，并加入用去离子水洗涤后的蛋壳膜，将其混合物干燥后在在氮气氛围下热解，得到KBC800；S3、取Co(NO3)2﹒6H2O和0.1346g Fe(NO3)2﹒9H2O，溶解于去离子水中，得到溶液1；将KBC800通过搅拌均匀分散于去离子水中得到溶液2；S4、将溶液1滴入到溶液2，并逐滴加入氢氧化钠到混合溶液中，将其置入烘箱中反应，采用磁铁对所得混合物进行固液分离；用水、乙醇交替洗涤所得固体KBC800@CoFe2O4，在60℃下干燥。3.根据权利要求2所述制备权利要求1所述降解环丙沙星的催化剂的方法，其特征在于，所述S2中K2CO3与蛋壳膜的质量比为1:5...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈波，王莎，于凤玲，刘洋，李得红，陈煜柠，何柳村，潘学军，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：