CN102153162B - Koh活化的活性炭在吸附去除水体中抗生素类药物方面的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种KOH活化的活性炭在吸附去除水体中抗生素类药物方面的应用。其中KOH活化的活性炭由KOH和活性炭在高温条件下制得。以该材料为吸附剂，本发明处理了含有抗生素类药物的受污染水。在室温条件下，吸附1～3d后，KOH活化的活性炭表现了很高的抗生素吸附去除率。此外，本发明材料制备简单，操作方便，成本低廉。可见，本发明在用于去除水体中的抗生素类药物方面，具有良好的经济和环境效益。
Description
技术领域
本发明属于无机材料合成和水处理技术范围，主要涉及利用KOH活化的活性炭吸附去除水体中抗生素类药物方面的应用。
背景技术
随着医疗和畜牧业的高速发展，作为抗菌生长促进剂和防治感染性疾病的抗生素类药物的使用量急剧增长。抗生素进入人类或动物体后难以被代谢，大部分仍以母体化合物的形态进入水环境。目前已有很多国家在地表水、地下水甚至饮用水中检测出了抗生素。大量研究表明，这些残留在水体中的抗生素会对各类生物产生危害，诱发微生物抗药性，进而威胁生态环境安全和人体健康。可见，水体的抗生素类药物污染已成为了不容忽视的问题。但目前国内外已有的水处理技术并不能高效经济地去除水体中的抗生素。常规处理方式如离子交换法、消毒法以及生物处理法，不仅处理效率偏低，还可能引入消毒副产物；膜过滤法和化学氧化法等深度处理技术能耗偏高，且也会产生有毒副产物。因此，开发高效的水体抗生素类药物去除方法十分必要。
吸附法是一种常用的水体有机污染物去除方法，具有效率高、能耗低、无二次污染等优点。在水处理实例中，由于成本低及自身的强吸附能力，活性炭是吸附法最常使用的吸附材料。然而，一般的商用活性炭含有大量的不规则微孔结构(孔径小于2nm)，吸附大分子的抗生素类药物时可能引发分子筛效应，导致其对抗生素的吸附量偏低，限制了它在去除水体抗生素方面的应用。
KOH活化法是一种的活性炭制备方法，但是利用KOH活化活性炭扩大其微孔至适宜的孔径以提高其对抗生素类药物的吸附去除能力目前尚未未见报道。
发明内容
本发明的目的是针对商用活性炭的缺点，提供一种KOH活化的活性炭在吸附去除水体中抗生素类药物方面的应用。
本发明的另一目的是提供一种KOH活化的活性炭吸附去除水体中抗生素类药物的方法。
本发明的目的可以通过以下措施达到：
一种KOH活化的活性炭在吸附去除水体中抗生素类药物方面的应用。其中KOH活化的活性炭由KOH和活性炭在高温条件下制得。
上述所述应用的条件是：吸附温度为20～30℃，优选常温，吸附时间为1～3d(天)；吸附平衡后溶液的pH为5.5～6.2(优选为5.6～6.2)。水体中抗生素类药物的初始浓度为50～220mg/L，KOH活化的活性炭与含抗生素类药物的水体的质量比为1∶3000～5000，优选为1∶4000。
一种采用KOH活化的活性炭吸附去除水体中抗生素类药物的方法，其特征在于：将KOH活化的活性炭作为吸附剂投入含抗生素类药物的水体中进行吸附去除去除水体中抗生素类药物，其中吸附温度为20～30℃，优选常温，吸附时间为1～3d(天)，吸附平衡后溶液的pH为5.5～6.2(优选为5.6～6.2)。其中水体中抗生素类药物的初始浓度为50～220mg/L，KOH活化的活性炭与含抗生素类药物的水体的质量比为1∶3000～5000，优选为1∶4000。
本发明的应用以及吸附方法中所指的KOH活化的活性炭的具体制备方法为：将KOH与活性炭混匀后，于惰性气体保护下升温至800～900℃进行活化反应，最后洗涤、干燥。其中所述KOH与活性炭均为粉末状，二者的质量比为3～7∶1，优选为4～6∶1，最优选为5∶1；所述惰性气体优选为氮气；活化反应后采用去离子水洗涤材料至中性。洗涤后的干燥可在100℃下烘干。
上述活化反应可在置于管式炉中的镍舟内进行。活化反应中可以先缓慢升温800～900℃，升温速率为3～7℃/min(优选5℃/min)，升温至800～900℃后再继续反应1～5h(优选升温至850℃反应1～3h)。
实验发现，经KOH处理后，活性炭吸附抗生素的能力得到了明显的提高。这可能主要是因为KOH活化可以显著增加原始微孔活性炭的中孔含量，缓解其吸附大分子化合物时的分子筛效应，从而高效地去除水体中的抗生素类药物。本发明中所指的抗生素类药物包括青霉素类、头孢菌素类、其他B-内酰胺类酶抑制剂、氨基糖苷类、酰胺类、糖肽类、大环内酯类、四环素、磺胺类、喹诺酮类、抗真菌类、硝咪唑类等抗生素类药物，具体如磺胺吡啶、磺胺甲恶唑、四环素、泰乐菌素等。
以KOH活化的活性炭为吸附剂，吸附去除水中的抗生素类药物，可采用动态连续方式或静态间歇方式。本发明处理的受污染水是含抗生素类药物的水源水。
本发明利用KOH活化常规的商用活性炭，显著提高了其对大分子抗生素类药物的吸附去除能力。此外，本发明材料制备简单，操作方便，成本低廉。可见，本发明在用于去除水体中的抗生素类药物方面，具有良好的经济和环境效益。
具体实施方式
实施例1
以KOH活化的活性炭为吸附剂，处理含磺胺吡啶的受污染水。
制备KOH活化的活性炭：称取5gKOH与1g活性炭，碾磨、混合均匀，放入镍舟。将镍舟置于水平放置的管式炉，在氮气(40ml/min)保护下，以5℃/min升温至850℃，保持2h。反应结束后，用去离子水反复洗涤所得材料至中性，100℃烘干、备用。
KOH活化的活性炭吸附去除水中的磺胺吡啶：在配有聚四氟乙烯垫片的玻璃瓶(容积为40ml)中进行吸附实验。其中，吸附剂和受污染水质量比为1∶4000，吸附温度为室温，磺胺吡啶的初始浓度为50～150mg/L，吸附时间为1d，吸附后溶液的pH为5.60±0.04。最终磺胺吡啶的去除率在99％以上。
对比例1
以未经处理的商用活性炭为吸附剂，处理含磺胺吡啶的受污染水。
吸附实验条件为：吸附剂和受污染水质量比为1∶4000，吸附温度为室温，磺胺吡啶的初始浓度为40～70mg/L，吸附时间为1d，吸附后溶液的pH为5.95±0.04。最终磺胺吡啶的去除率为60％～90％。
实施例2
以KOH活化的活性炭为吸附剂，处理含磺胺甲恶唑的受污染水。
吸附剂的制备同实施例1。
吸附实验条件为：吸附剂和受污染水质量比为1∶4000，吸附温度为室温，磺胺甲恶唑的初始浓度为60～90mg/L，吸附时间为1d，吸附后溶液的pH为5.82±0.00。最终磺胺甲恶唑的去除率为99.7％以上。
对比例2
以未经处理的商用活性炭为吸附剂，处理含磺胺甲恶唑的受污染水。
吸附实验条件为：吸附剂和受污染水质量比为1∶4000，吸附温度为室温，磺胺甲恶唑的初始浓度为60～90mg/L，吸附时间为1d，吸附后溶液的pH为5.85±0.01。最终泰乐菌素的去除率为60％～75％。
实施例3
以KOH活化的活性炭为吸附剂，处理含四环素的受污染水。
吸附剂的制备同实施例1。
吸附实验条件为：吸附剂和受污染水质量比为1∶4000，吸附温度为室温，四环素的初始浓度为200～220mg/L，吸附时间为2d，吸附后溶液的pH为6.14±0.01。最终四环素的去除率为99.7％以上。
对比例3
以未经处理的商用活性炭为吸附剂，处理含四环素的受污染水。
吸附实验条件为：吸附剂和受污染水质量比为1∶4000，吸附温度为室温，四环素的初始浓度为40～90mg/L，吸附时间为2d，吸附后溶液的pH为6.00±0.12。最终四环素的去除率为25％～60％。
实施例4
以KOH活化的活性炭为吸附剂，处理含泰乐菌素的受污染水。
吸附剂的制备同实施例1。
吸附实验条件为：吸附剂和受污染水质量比为1∶4000，吸附温度为室温，泰乐菌素的初始浓度为150～180mg/L，吸附时间为3d，吸附后溶液的pH为6.10±0.04。最终四环素的去除率为88％～99％。
对比例4
以未经处理的商用活性炭为吸附剂，处理含泰乐菌素的受污染水。
吸附实验条件为：吸附剂和受污染水质量比为1∶4000，吸附温度为室温，泰乐菌素的初始浓度为60～180mg/L，吸附时间为3d，吸附后溶液的pH为5.90±0.20。最终磺胺吡啶的去除率为7％～45％。
可见，KOH活化显著提高了活性炭对水中抗生素类的去除能力，且抗生素分子尺寸越大、在水体中的浓度越高，提高作用越明显。KOH活化的活性炭对水中的抗生素类药物有很好的去除效果。
Claims (1)
1.一种采用KOH活化的活性炭吸附去除水体中抗生素类药物的方法，其特征在于：将KOH活化的活性炭作为吸附剂投入含抗生素类药物的水体中进行吸附去除去除水体中抗生素类药物，其中吸附温度为20～30℃，吸附时间为1～3d，吸附平衡后溶液的pH为5.6～6.2；水体中抗生素类药物的初始浓度为50～220 mg/L，KOH活化的活性炭与含抗生素类药物的水体的质量比为1:3000～5000；
其中所述KOH活化的活性炭的制备方法为：将KOH与活性炭混匀后，于惰性气体保护下升温至800～900℃进行活化反应，最后洗涤、干燥；所述活化反应在置于管式炉中的镍舟内进行，活化反应中先缓慢升温800～900℃，升温速率为3～7℃/min，升温至800～900℃后再继续反应1～5h；所述KOH与活性炭均为粉末状，二者的质量比为4～6:1；所述惰性气体为氮气；活化反应后采用去离子水洗涤材料至中性。
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| CN102153162A (zh) | 2011-08-17 |
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