【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水处理，涉及一种改性石墨烯材料及其在水处理中的应用。
技术介绍
1、磺胺甲恶唑(smx)是一种重要的磺胺类抗生素，被广泛用于治疗人类和动物的细菌感染疾病。由于其分子极性和化学稳定性，磺胺甲恶唑经常在水环境中被检出。水环境中的磺胺甲恶唑可能会诱导产生抗性细菌，抗性细菌再通过水平基因转移的方式，将磺胺甲恶唑抗性基因转移到宿主，对磺胺甲恶唑治疗的有效性构成潜在威胁。
2、磺胺甲恶唑生产污水是一种富含碳水化合物、硫酸盐和抗生素的有机污水。目前，厌氧消化处理技术可将污水中的污染物作为营养来源，实现抗生素与污染物的共代谢降解，这种技术具有污泥产量低、运行成本低、对有机物的耐受性高和去除效果好等优点，是处理含抗生素的生产污水可靠而有效的选择。
3、然而，常规厌氧消化处理对污水中抗生素的去除效果是有限的，特别是对于磺胺类抗生素。抗生素本身、硫酸盐还原产物如硫化氢都可能对污泥中的功能微生物产生毒害作用。抗生素除了通过直接抑制甲烷菌活性影响厌氧消化性能，还能通过挥发性脂肪酸的过量积累间接导致厌氧消化系统处理能力的下降。
4、已有研究表明，微生物对有毒物质的去除能力随着胞外电子转移能力的提高而增强，而投加氧化还原介质正是一种相对简单高效的电子转移促进手段。碳基材料如石墨烯由于具有较大的比表面积，可为抗生素的还原转化提供更多的反应位点。然而石墨烯存在电导率低、容易聚集、表面官能团较少等缺陷，对含磺胺甲恶唑污水的净化能力受到限制。为此，有必要对其进行改性，以减少或消除上述缺陷，进一步提升污水中的磺胺甲恶唑
技术实现思路
1、为了进一步提高厌氧消化系统对含磺胺甲恶唑污水的处理能力，本专利技术提供一种电子传导性能优良的改性石墨烯材料及其在水处理中的应用。本专利技术提供如下详细的技术方案。
2、首先，本专利技术提供一种改性石墨烯材料，所述改性石墨烯材料的制备方法包括：
3、1)将石墨烯分散于去离子水，超声处理45～60min，得到石墨烯的水分散液；
4、2)向石墨烯的水分散液加入纳米四氧化三铁粉末，混合搅拌后超声处理20～30min，得到石墨烯与纳米四氧化三铁的混合液；所述混合液中，以质量比计，石墨烯：纳米四氧化三铁＝1：10～14。
5、3)将所述混合液移入烧瓶，80～95℃水浴蒸干，自然冷却后放入干燥箱干燥；
6、4)将步骤3)所得的干燥粉末放入管式炉，以氩气为载气，以5℃/min的速度升温至300℃，保持2h后自然冷却，即得。
7、另一方面，本专利技术还提供上述改性石墨烯材料在水处理中的应用，所述改性石墨烯材料用于含抗生素污水处理；所述抗生素为磺胺甲恶唑。
8、本专利技术还进一步提供一种含磺胺甲恶唑污水的处理方法，所述方法是将上述改性石墨烯材料投入污水处理系统，构建微生物与磺胺甲恶唑的电子传输通路，实现含磺胺甲恶唑污水的净化处理。
9、进一步，上述处理方法包括：
10、1)将厌氧种泥接种至膨胀颗粒污泥床反应器，投加硫酸盐进行还原驯化；
11、2)将含磺胺甲恶唑的污水通入经过驯化的膨胀颗粒污泥床反应器，并维持持续进水状态；
12、3)向膨胀颗粒污泥床反应器投加所述改性石墨烯材料。
13、具体地，在步骤1)中，所述硫酸盐为硫酸钠；硫酸根浓度为2500mg/l。
14、或者，上述处理方法包括：
15、1)将厌氧种泥接种至膨胀颗粒污泥床反应器；
16、2)将含磺胺甲恶唑的污水通入膨胀颗粒污泥床反应器，并维持持续进水状态；
17、3)向膨胀颗粒污泥床反应器投加所述改性石墨烯材料。
18、在上述两种方法的步骤1)中，所述含磺胺甲恶唑的污水cod为10000mg/l。
19、在上述两种方法的步骤2)中，含磺胺甲恶唑的污水在膨胀颗粒污泥床反应器中停留时间为48h，ph值为7～8，膨胀颗粒污泥床反应器温度为37±1℃，回流比为1：20。
20、在上述两种方法的步骤3)中，改性石墨烯材料的投加量为1g/l。
21、与现有技术相比，本专利技术“一种改性石墨烯材料及其在水处理中的应用”至少具有以下有益效果：
22、本专利技术利用氧化还原介质纳米四氧化三铁改性石墨烯，将制备的改性石墨烯与厌氧颗粒污泥结合，使颗粒污泥获得了更大的比表面积，为附着在污泥上的电子供体和电子受体之间提供更多的反应位点。在磺胺甲恶唑的胁迫下，微生物分泌更多的胞外聚合物以抵御抗生素的毒性侵袭。其中，类腐殖酸和类黄腐酸等具有电化学活性的胞外聚合物大量生成，提高了污泥的导电性能，这减少了对直接种间电子传递途径中细胞色素c和导电菌毛的依赖，从而使更多的能量被用于磺胺甲恶唑等污染物的去除。本专利技术开发了一种具有高电子传递能力的功能材料，为高浓度磺胺甲恶唑生产废水的处理提供了实际解决方案。
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1.一种改性石墨烯材料，其特征在于，采用纳米四氧化三铁制备改性石墨烯材料，制备方法包括：
2.权利要求1所述改性石墨烯材料在水处理中的应用，其特征在于，所述改性石墨烯材料用于含抗生素污水处理；所述抗生素为磺胺甲恶唑。
3.一种含磺胺甲恶唑污水的处理方法，其特征在于，所述方法为：将权利要求1所述的改性石墨烯材料投入污水处理系统，构建微生物与磺胺甲恶唑的电子传输通路，实现含磺胺甲恶唑污水的净化处理。
4.根据权利要求3所述的处理方法，其特征在于，包括：
5.根据权利要求4所述的处理方法，其特征在于，在步骤1)中，所述硫酸盐为硫酸钠；硫酸根浓度为2500mg/L。
6.根据权利要求3所述的处理方法，其特征在于，包括：
7.根据权利要求4或6所述的处理方法，其特征在于，在步骤1)中，所述含磺胺甲恶唑的污水COD为10000mg/L。
8.根据权利要求4或6所述的处理方法，其特征在于，在步骤2)中，含磺胺甲恶唑的污水在膨胀颗粒污泥床反应器中停留时间为48h，pH值为7～8，膨胀颗粒污泥床反应器温度为37±1
9.根据权利要求4或6所述的处理方法，其特征在于，在步骤3)中，改性石墨烯材料的投加量为1g/L。
...【技术特征摘要】
1.一种改性石墨烯材料，其特征在于，采用纳米四氧化三铁制备改性石墨烯材料，制备方法包括：
2.权利要求1所述改性石墨烯材料在水处理中的应用，其特征在于，所述改性石墨烯材料用于含抗生素污水处理；所述抗生素为磺胺甲恶唑。
3.一种含磺胺甲恶唑污水的处理方法，其特征在于，所述方法为：将权利要求1所述的改性石墨烯材料投入污水处理系统，构建微生物与磺胺甲恶唑的电子传输通路，实现含磺胺甲恶唑污水的净化处理。
4.根据权利要求3所述的处理方法，其特征在于，包括：
5.根据权利要求4所述的处理方法，其特征在于，在步骤1)中，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：王铸，汪四方，孟凡松，江泽荣，张烤明，邓岳鹏，胡春，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：
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