CN102814163B - 高效去除四环素的磁性生物炭的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效去除四环素的磁性生物炭的制备方法，其包括：每100ml水溶液中加入1.5-9mmol硫酸亚铁氨及干重为3g的水华蓝藻，均匀混合后超声1h，再转移到高压反应斧中在170-210℃反应12h，然后通过离心、洗涤、烘干得到磁性生物炭。上述水华蓝藻是这样得到的：将自然的水华蓝藻打捞收取，在太阳下晒干、粉碎、过100目筛。本发明将铁与生物炭结合不仅使生物炭具有磁性，吸附后易于磁性分离，而且极大地提高生物炭对四环素的吸附能力。本发明方法简单可行，以废制废，具有良好的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及磁性生物炭的制备方法，特别是一种高效去除四环素的磁性生物炭的制备方法。
背景技术
20世纪90年代以来，我国淡水水体富营养化日趋严重，66％以上的湖泊和水库处于富营养化水平，一些大型湖泊都先后爆发了严重的蓝藻水华，如江苏的太湖、安徽的巢湖、云南的滇池等。水华蓝藻的生物量巨大，仅太湖每年产生的蓝藻浆超过20万t。水华蓝藻的资源化成为我国迫切需要解决的难题。在一般磁性碳的制备过程中，采用葡萄糖、淀粉等物质作为碳源，成本较高。本专利将水华蓝藻作为碳源，不仅解决了废物的处置问题，而且提高其经济价值，具有重要的意义。
四环素(tetracycline)是我国目前使用量最大的一类抗生素，在疾病预防和促进畜牧业发展中做出了巨大的贡献。有研究表明全世界50％以上的抗生素被用于畜牧和水产业，其中相当一部分抗生素以代谢物的形式随粪便和尿液或以原物直接排入环境中。许多研究表明：目前全球许多地区都检测出抗生素的存在，种类也呈现越来越多的趋势，并逐渐成为环境领域新的研究热点之一。有研究表明残余的抗生素进入土壤环境后，可诱导土壤中微生物抗药性的增强，并可通过地表径流、淋溶等各种途径进入地表水和地下水中，从而可能对人类的健康产生潜在的不利影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对水华蓝藻资源化难的状况，提供一种利用铁盐与水华蓝藻混合，进行水热处理的方法，其制备出的生物炭不仅具有磁性，而且能高效地去除水体中四环素，成本低廉，来源丰富，简单可行，以废制废，具有良好应用价值。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：高效去除四环素的磁性生物炭的制备方法，其包括：按100ml水溶液中加入1.5-9mmol硫酸亚铁氨与干重为3g的水华蓝藻，混合后超声1h，再转移到高压反应斧中在170-210℃反应12h，然后通过离心、洗涤、烘干得到磁性生物炭。
上述水华蓝藻是这样得到的：将自然的水华蓝藻打捞收取，在太阳下晒干、粉碎、过100目筛。
本发明中采用的超声是一种利用超声波将物质分散的常规方法，其具有将材料混匀分散的功能。
水华蓝藻的主要成份为纤维素，肽聚糖等，经过高温高压的水热反应后，发生脱水、脱NH3反应，内部生成碳-碳双键，形成疏水的稠环碳，表面仍然存在亲水的官能团。但是早期实验发现，随着温度的升高（170-210 oC）合成碳的面官能团（如-OH, -NH）减少，见图1，对四环素的吸附能力降低。所以，选择合适的温度进行水热反应，不仅要保证水华蓝藻能碳化，而且能保证表面具有大量的活性官能团。
加入的铁盐，在水热制备条件下，转化成稳定的强磁性的四氧化三铁，其具有两个作用。其一为增加生物炭的表面积：由于水华蓝藻上具有大量的羟基及羧基，极易捕获铁盐，在水热环境下，随着脱水碳化，形成了以四氧化三铁为中心的纳米炭。经过实验证明，在少量铁盐存在的条件下，生成的纳米炭相互连接，形成紧凑的生物炭结构，但是随着铁盐量的增加纳米炭渐渐变成100-200nm大小的片状结构，增加了材料的表面积。其二是促进了生物炭对四环素的吸附能力：因为铁盐具有大量的空轨道，四环素与铁盐能够进行配位作用，促进材料对四环素的吸附。
与现有技术相比，本发明创造的优点为：
1、本发明利用水华蓝藻与铁盐混合经水热反应，制备出了磁性生物炭，经过优化处理，其对四环素的吸附容量达到95.86mg/g，吸附平衡时间为2 h。
2、本发明通过水热法将水华蓝藻制备成能高效去除水体中四环素的磁性生物炭，不仅制备方法简单，成本低廉，而且能够达到以废治废的目的，有效地促进环境的可持续发展，具有重要的环保，经济，生态意义。
附图说明
图1不同水热温度下磁性生物炭的红外图谱。
图2 磁性生物炭对四环素的吸附容量图。
图3 磁性生物炭对四环素的吸附动力学图。
具体实施方式
实施例1
1. 将自然的水华蓝藻打捞收取，在太阳下晒干、粉碎、过100目筛；
2. 制备磁性生物炭：每100ml水溶液中加入3 mmol 硫酸亚铁氨与干重为3g的水华蓝藻，均匀混合后超声1h，再转移到100ml高压反应斧中在170℃反应12h，然后通过离心、洗涤、烘干得到磁性生物炭；
3.去除四环素的过程：将上述制得的磁性生物炭按100 ml浓度为50 ppm的含四环素废水中加入0.4g磁性生物炭的标准向含四环素废水中添加磁性生物炭，并在常温下以频率140 rpm振荡5小时吸附，去除效率为87.1%。
实施例2
1. 将自然的水华蓝藻打捞收取，在太阳下晒干、粉碎、过100目筛；
2. 制备磁性生物炭：每100ml水溶液中加入3 mmol 硫酸亚铁氨与干重为3g水华蓝藻，均匀混合后超声1h，再转移到100ml高压反应斧中在190℃反应12h，然后通过离心、洗涤、烘干得到磁性生物炭；
3.去除四环素的过程：将上述制得的磁性生物炭按100 ml浓度为50 ppm的含四环素废水中加入0.4g磁性生物炭的标准向含四环素废水中添加磁性生物炭，并在常温下以频率140 rpm振荡5小时吸附, 去除效率为83.8%。
实施例3：
1. 将自然的水华蓝藻打捞收取，在太阳下晒干、粉碎、过100目筛；
2. 制备磁性生物炭：每100ml水溶液中加入3 mmol 硫酸亚铁氨与干重为3g水华蓝藻，均匀混合后超声1h，再转移到高压反应斧中在210℃反应12h，然后通过离心、洗涤、烘干得到磁性生物炭；
3.去除四环素的过程：将上述制得的磁性生物炭按100 ml浓度为50 ppm的含四环素废水中加入0.4g磁性生物炭的标准向含四环素废水中添加磁性生物炭，并在常温下以频率140 rpm振荡5小时吸附, 去除效率为51.6%。
图1为不同水热温度下磁性生物炭的红外图谱。由图1可知，实施例1-3制得的磁性生物炭的结构不同，且水热温度越高，四环素的透过率越高，即去除率越差。
实施例4
1. 将自然的水华蓝藻打捞收取，在太阳下晒干、粉碎、过100目筛；
2. 制备磁性生物炭：每100ml水溶液中加入1.5 mmol 硫酸亚铁氨与干重为3g水华蓝藻，均匀混合后超声1h，再转移到高压反应斧中在170℃反应12h，然后通过离心、洗涤、烘干得到磁性生物炭；
3.去除四环素的过程：将上述制得的磁性生物炭按100 ml浓度为50 ppm的含四环素废水中加入0.4g磁性生物炭的标准向含四环素废水中添加磁性生物炭，并在常温下以频率140 rpm振荡5小时吸附，去除效率为43.2%。
实施例5
1. 将自然的水华蓝藻打捞收取，在太阳下晒干、粉碎、过100目筛；
2. 制备磁性生物炭：每100ml水溶液中加入6 mmol 硫酸亚铁氨与干重为3g水华蓝藻，均匀混合后超声1h，再转移到100ml高压反应斧中在170℃反应12h，然后通过离心、洗涤、烘干得到磁性生物炭；
3.去除四环素的过程：将上述制得的磁性生物炭按100 ml浓度为50 ppm的含四环素废水中加入0.4g磁性生物炭的标准向含四环素废水中添加磁性生物炭，并在常温下以频率140 rpm振荡5小时吸附, 去除效率为97.8%。
实施例6
1. 将自然的水华蓝8藻打捞收取，在太阳下晒干、粉碎、过100目筛；
2. 制备磁性生物炭：每100ml水溶液中加入9 mmol 硫酸亚铁氨与干重为3g水华蓝藻，均匀混合后超声1h，再转移到100ml高压反应斧中在170℃反应12h，然后通过离心、洗涤、烘干得到磁性生物炭；
3.去除四环素的过程：将上述制得的磁性生物炭按100 ml浓度为50 ppm的含四环素废水中加入0.4g磁性生物炭的标准向含四环素废水中添加磁性生物炭，并在常温下以频率140 rpm振荡5小时吸附, 去除效率为88.4%。
实施例7
1. 将自然的水华蓝藻打捞收取，在太阳下晒干、粉碎、过100目筛；
2. 制备磁性生物炭：每100ml水溶液中加入6mmol 硫酸亚铁氨与干重为3g水华蓝藻，均匀混合后超声1h，再转移到100ml高压反应斧中在170℃反应12h，然后通过离心、洗涤、烘干得到磁性生物炭；
3.去除四环素的过程：将上述制得的磁性生物炭按100 ml浓度为500 ppm的含四环素废水中加入0.4g磁性生物炭的标准向含四环素废水中添加磁性生物炭，并在常温下以频率140 rpm振荡5小时吸附。
实施例8
1. 将自然的水华蓝藻打捞收取，在太阳下晒干、粉碎、过100目筛；
2. 制备磁性生物炭：每100ml水溶液中加入6mmol 硫酸亚铁氨与干重为3g水华蓝藻，均匀混合后超声1h，再转移到100ml高压反应斧中在170℃反应12h，然后通过离心、洗涤、烘干得到磁性生物炭；
3.去除四环素的过程：将上述制得的磁性生物炭按100 ml浓度为600 ppm的含四环素废水中加入0.4g磁性生物炭的标准向含四环素废水中添加磁性生物炭，并在常温下以频率140 rpm振荡5小时吸附。
实施例9
1. 将自然的水华蓝藻打捞收取，在太阳下晒干、粉碎、过100目筛；
2. 制备磁性生物炭：每100ml水溶液中加入6mmol 硫酸亚铁氨与干重为3g水华蓝藻，均匀混合后超声1h，再转移到100ml高压反应斧中在170℃反应12h，然后通过离心、洗涤、烘干得到磁性生物炭；
3.去除四环素的过程：将上述制得的磁性生物炭按100 ml浓度为1000 ppm的含四环素废水中加入0.4g磁性生物炭的标准向含四环素废水中添加磁性生物炭，并在常温下以频率140 rpm振荡5小时吸附。
由图2的磁性生物炭对四环素的吸附容量图可知，随着含四环素废水的平衡浓度的增加，磁性生物炭的吸附容量逐渐增大，然后趋向稳定。
实施例10
1. 将自然的水华蓝藻打捞收取，在太阳下晒干、粉碎、过100目筛；
2. 制备磁性生物炭：每100ml水溶液中加入6mmol 硫酸亚铁氨与干重为3g水华蓝藻，均匀混合后超声1h，再转移到100ml高压反应斧中在170℃反应12h，然后通过离心、洗涤、烘干得到磁性生物炭；
3.去除四环素的过程：将上述制得的磁性生物炭按100 ml浓度为25 ppm的含四环素废水中加入0.4g磁性生物炭的标准向含四环素废水中添加磁性生物炭，并在常温下以频率140 rpm振荡，分别振荡5、10、20、30、60、120、300min后过滤，测定上清液中四环素的去除率，得到结果如图3所示。
实施例11
1. 将自然的水华蓝藻打捞收取，在太阳下晒干、粉碎、过100目筛；
2. 制备磁性生物炭：每100ml水溶液中加入6mmol 硫酸亚铁氨与干重为3g水华蓝藻，均匀混合后超声1h，再转移到100ml高压反应斧中在170℃反应12h，然后通过离心、洗涤、烘干得到磁性生物炭；
3.去除四环素的过程：将上述制得的磁性生物炭按100 ml浓度为500 ppm的含四环素废水中加入0.4g磁性生物炭的标准向含四环素废水中添加磁性生物炭，并在常温下以频率140 rpm振荡，分别振荡5、10、20、30、60、120、300min后过滤，测定上清液中四环素的去除率，得到结果如图3所示。
由图3可知，在不同浓度的四环素废水中添加相同的磁性生物炭，四环素的浓度越高，其去除率越低，且随着时间增加，去除率逐渐增大，然后趋向稳定。
Claims (2)
1.一种高效去除四环素的磁性生物炭的制备方法，其特征在于：
每100mL水溶液中加入1.5-9mmol 硫酸亚铁铵及干重为3g的水华蓝藻，均匀混合后超声1h，再转移到高压反应釜中在170-210℃反应12h，然后通过离心、洗涤、烘干得到磁性生物炭。
2.如权利要求1所述的高效去除四环素的磁性生物炭的制备方法，其特征在于，上述水华蓝藻是这样得到的：将自然的水华蓝藻打捞收取，在太阳下晒干、粉碎、过100目筛。
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