CN105883962A - 利用膨胀石墨吸附剂去除水体中抗生素-磺胺嘧啶的方法 - Google Patents

利用膨胀石墨吸附剂去除水体中抗生素-磺胺嘧啶的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用膨胀石墨吸附剂去除水体中抗生素‑磺胺嘧啶的方法，按照一定的投加量将膨胀石墨投入一定浓度的磺胺嘧啶溶液中，于设定温度下下振荡吸附12h，结束后过滤，并测定吸附后液体中磺胺嘧啶浓度，计算出吸附剂的吸附容量。使用膨胀石墨吸附剂，吸附容量最大可以达到14.168mg/g，同时还具备去除稳定、耐腐蚀、耐热和无毒等优势。此吸附剂制备工艺简单、价格低廉、能耗低，具有非常好的应用前景。

Description

利用膨胀石墨吸附剂去除水体中抗生素-磺胺嘧啶的方法
技术领域
本发明涉及一种污染水体处理方法，特别是涉及一种去除水体中抗生素的方法，应用于废水抗生素污染处理技术领域。
背景技术
抗生素是日常生活中接触最为频繁、使用最大的化学品之一。我国存在十分严重的抗生素滥用的问题，2013年，我国抗生素使用总量约16.2万吨，其中兽用抗生素占一半以上。但大部分抗生素不能完全被机体吸收，约60~90%抗生素以其原型排出体外，进入环境。在自然水体和饮用水中已经检测到高浓度的抗生素物质，由于抗生素难以降解，长期滞留于水体内，严重危害饮用水质，更大的威胁在于抗生素的耐药性以及带来的重大公共卫生问题。此外抗生素抑制微生物生存，或转化成有毒物质污染土壤，造成巨大的环境污染。因此去除水体中的抗生素污染意义重大。
目前，水体中抗生素污染的主要的处理手段有化学氧化法、生物法和吸附法。化学氧化法去除效率高，但运行成本高，同时在处理之后会产生大量的难易降解的中间产物，造成了二次污染物的产生。生物法运行成本低，但去除效果不稳定，易受到温度、溶解氧、pH等外界因素的影响，从而导致出水不能达标。而吸附法具有占地面积小、操作方便、适用性广和经济成本低等优势，是一种具有应用潜力的去除抗生素污染的方法。其关键是找到一种合适的吸附剂。
膨胀石墨(EG)是一种新型的吸附材料，在结构上疏松多孔，形似蠕虫，又称蠕虫石墨。由于以上特点，膨胀石墨主要对非极性大分子有较好的吸附能力，特别是从极性分子中吸附分离非极性分子的能力较强。此外膨胀石墨因具备性质稳定、比表面积高、分散性好、价格低廉等显著优势，能实现对重油、二甲苯、亚甲基蓝、甲醛、丙酮、乙酸丁酯、甲酸、乙酸等小分子物质的有效吸附，在环境保护领域有着广泛的应用，但将膨胀石墨作为吸附剂来去除水体中的磺胺嘧啶还未见报道。
发明内容
为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种利用膨胀石墨吸附剂去除水体中抗生素-磺胺嘧啶的方法，能有效地去除水体中的磺胺嘧啶，同时还具备去除稳定、耐腐蚀、耐热和无毒等优势，本发明使用膨胀石墨除磺胺嘧啶能耗低，经济环保，具有一定的工业发展潜力，为磺胺嘧啶去除提供了一种新的思路。
为达到上述发明创造目的，采用下述技术方案：
一种利用膨胀石墨吸附剂去除水体中抗生素-磺胺嘧啶的方法，包括如下步骤：
a．在处理含有初始浓度为10.0～50.0mg/L的抗生素-磺胺嘧啶的水体时，按照1.0～5.0g/L的膨胀石墨吸附剂投加量，将膨胀石墨吸附剂投入含有抗生素-磺胺嘧啶的水体中，于15～55℃下振荡，并进行不低于12h的吸附过程；优选按照1.0～2.0g/L的膨胀石墨吸附剂投加量，将膨胀石墨吸附剂投入含有抗生素-磺胺嘧啶的水体中；优选适合用于处理含有初始浓度为30.0～50.0mg/L的抗生素-磺胺嘧啶的水体，完成对水体中的抗生素-磺胺嘧啶的去除；将膨胀石墨吸附剂投入含有抗生素-磺胺嘧啶的水体中，优选于15～25℃下振荡并进行吸附；
b．所述步骤a处理工艺步骤结束后，对经过处理的水体进行过滤，将吸附磺胺嘧啶后膨胀石墨与处理后的水体分离，完成对水体中的抗生素-磺胺嘧啶的去除。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1.本发明使用膨胀石墨吸附剂，吸附容量最大可以达到14.168mg/g，同时还具备去除稳定、耐腐蚀、耐热和无毒等优势；
2.本发明使用性质稳定、高比表面积、分散性好、经济成本低的膨胀石墨为吸附剂，实现了对水体中磺胺嘧啶的高效吸附；
3.本发明使用膨胀石墨吸附磺胺嘧啶后漂浮于水面，有利于吸附剂的回收再利用，避免了吸附剂的二次污染和进一步降低经济成本。
具体实施方式
本发明的优选实施例详述如下：
实施例一：
在本实施例中，一种利用膨胀石墨吸附剂去除水体中抗生素-磺胺嘧啶的方法，包括如下步骤：
a．在处理含有浓度为20.0mg/L的抗生素-磺胺嘧啶的水体时，按照1.0g/L的膨胀石墨吸附剂投加量，将膨胀石墨吸附剂投入含有抗生素-磺胺嘧啶的水体中，于25℃下振荡，并进行12h的吸附过程；
b．所述步骤a处理工艺步骤结束后，对经过处理的水体进行过滤，将吸附磺胺嘧啶后膨胀石墨与处理后的水体分离，完成对水体中的抗生素-磺胺嘧啶的去除。
将可膨胀石墨放入微波炉，在高火档下处理30s，即得到膨胀石墨。吸附剂制备工艺简单、价格低廉、能耗低，具有非常好的应用前景。膨胀石墨吸附剂含有多种官能团，能高效吸附水体中的磺胺嘧啶。
测定在本实施例完成去除抗生素-磺胺嘧啶的水体中残留的磺胺嘧啶浓度，计算出吸附剂的吸附容量。见表1。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种利用膨胀石墨吸附剂去除水体中抗生素-磺胺嘧啶的方法，包括如下步骤：
a．在处理含有浓度为20.0mg/L的抗生素-磺胺嘧啶的水体时，按照2.0g/L的膨胀石墨吸附剂投加量，将膨胀石墨吸附剂投入含有抗生素-磺胺嘧啶的水体中，于25℃下振荡，并进行12h的吸附过程；
b．本步骤与实施例一的相同。
测定在本实施例完成去除抗生素-磺胺嘧啶的水体中残留的磺胺嘧啶浓度，计算出吸附剂的吸附容量。见表1。
实施例三：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种利用膨胀石墨吸附剂去除水体中抗生素-磺胺嘧啶的方法，包括如下步骤：
a．在处理含有浓度为20.0mg/L的抗生素-磺胺嘧啶的水体时，按照3.0g/L的膨胀石墨吸附剂投加量，将膨胀石墨吸附剂投入含有抗生素-磺胺嘧啶的水体中，于25℃下振荡，并进行12h的吸附过程；
b．本步骤与实施例一的相同。
测定在本实施例完成去除抗生素-磺胺嘧啶的水体中残留的磺胺嘧啶浓度，计算出吸附剂的吸附容量。见表1。
实施例四：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种利用膨胀石墨吸附剂去除水体中抗生素-磺胺嘧啶的方法，包括如下步骤：
a．在处理含有浓度为20.0mg/L的抗生素-磺胺嘧啶的水体时，按照4.0g/L的膨胀石墨吸附剂投加量，将膨胀石墨吸附剂投入含有抗生素-磺胺嘧啶的水体中，于25℃下振荡，并进行12h的吸附过程；
b．本步骤与实施例一的相同。
测定在本实施例完成去除抗生素-磺胺嘧啶的水体中残留的磺胺嘧啶浓度，计算出吸附剂的吸附容量。见表1。
实施例五：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种利用膨胀石墨吸附剂去除水体中抗生素-磺胺嘧啶的方法，包括如下步骤：
a．在处理含有浓度为20.0mg/L的抗生素-磺胺嘧啶的水体时，按照5.0g/L的膨胀石墨吸附剂投加量，将膨胀石墨吸附剂投入含有抗生素-磺胺嘧啶的水体中，于25℃下振荡，并进行12h的吸附过程；
b．本步骤与实施例一的相同。
测定在本实施例完成去除抗生素-磺胺嘧啶的水体中残留的磺胺嘧啶浓度，计算出吸附剂的吸附容量。见表1。
实施例六：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种利用膨胀石墨吸附剂去除水体中抗生素-磺胺嘧啶的方法，包括如下步骤：
a．在处理含有浓度为10.0mg/L的抗生素-磺胺嘧啶的水体时，按照1.0g/L的膨胀石墨吸附剂投加量，将膨胀石墨吸附剂投入含有抗生素-磺胺嘧啶的水体中，于25℃下振荡，并进行12h的吸附过程；
b．本步骤与实施例一的相同。
测定在本实施例完成去除抗生素-磺胺嘧啶的水体中残留的磺胺嘧啶浓度，计算出吸附剂的吸附容量。见表1。
实施例七：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种利用膨胀石墨吸附剂去除水体中抗生素-磺胺嘧啶的方法，包括如下步骤：
a．在处理含有浓度为30.0mg/L的抗生素-磺胺嘧啶的水体时，按照1.0g/L的膨胀石墨吸附剂投加量，将膨胀石墨吸附剂投入含有抗生素-磺胺嘧啶的水体中，于25℃下振荡，并进行12h的吸附过程；
b．本步骤与实施例一的相同。
测定在本实施例完成去除抗生素-磺胺嘧啶的水体中残留的磺胺嘧啶浓度，计算出吸附剂的吸附容量。见表1。
实施例八：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种利用膨胀石墨吸附剂去除水体中抗生素-磺胺嘧啶的方法，包括如下步骤：
a．在处理含有浓度为40.0mg/L的抗生素-磺胺嘧啶的水体时，按照1.0g/L的膨胀石墨吸附剂投加量，将膨胀石墨吸附剂投入含有抗生素-磺胺嘧啶的水体中，于25℃下振荡，并进行12h的吸附过程；
b．本步骤与实施例一的相同。
测定在本实施例完成去除抗生素-磺胺嘧啶的水体中残留的磺胺嘧啶浓度，计算出吸附剂的吸附容量。见表1。
实施例九：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种利用膨胀石墨吸附剂去除水体中抗生素-磺胺嘧啶的方法，包括如下步骤：
a．在处理含有浓度为50.0mg/L的抗生素-磺胺嘧啶的水体时，按照1.0g/L的膨胀石墨吸附剂投加量，将膨胀石墨吸附剂投入含有抗生素-磺胺嘧啶的水体中，于25℃下振荡，并进行12h的吸附过程；
b．本步骤与实施例一的相同。
测定在本实施例完成去除抗生素-磺胺嘧啶的水体中残留的磺胺嘧啶浓度，计算出吸附剂的吸附容量。见表1。
实施例十：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种利用膨胀石墨吸附剂去除水体中抗生素-磺胺嘧啶的方法，包括如下步骤：
a．在处理含有浓度为20.0mg/L的抗生素-磺胺嘧啶的水体时，按照1.0g/L的膨胀石墨吸附剂投加量，将膨胀石墨吸附剂投入含有抗生素-磺胺嘧啶的水体中，于15℃下振荡，并进行12h的吸附过程；
b．本步骤与实施例一的相同。
测定在本实施例完成去除抗生素-磺胺嘧啶的水体中残留的磺胺嘧啶浓度，计算出吸附剂的吸附容量。见表1。
实施例十一：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种利用膨胀石墨吸附剂去除水体中抗生素-磺胺嘧啶的方法，包括如下步骤：
a．在处理含有浓度为20.0mg/L的抗生素-磺胺嘧啶的水体时，按照1.0g/L的膨胀石墨吸附剂投加量，将膨胀石墨吸附剂投入含有抗生素-磺胺嘧啶的水体中，于35℃下振荡，并进行12h的吸附过程；
b．本步骤与实施例一的相同。
测定在本实施例完成去除抗生素-磺胺嘧啶的水体中残留的磺胺嘧啶浓度，计算出吸附剂的吸附容量。见表1。
实施例十二：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种利用膨胀石墨吸附剂去除水体中抗生素-磺胺嘧啶的方法，包括如下步骤：
a．在处理含有浓度为20.0mg/L的抗生素-磺胺嘧啶的水体时，按照1.0g/L的膨胀石墨吸附剂投加量，将膨胀石墨吸附剂投入含有抗生素-磺胺嘧啶的水体中，于45℃下振荡，并进行12h的吸附过程；
b．本步骤与实施例一的相同。
测定在本实施例完成去除抗生素-磺胺嘧啶的水体中残留的磺胺嘧啶浓度，计算出吸附剂的吸附容量。见表1。
实施例十三：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种利用膨胀石墨吸附剂去除水体中抗生素-磺胺嘧啶的方法，包括如下步骤：
a．在处理含有浓度为20.0mg/L的抗生素-磺胺嘧啶的水体时，按照1.0g/L的膨胀石墨吸附剂投加量，将膨胀石墨吸附剂投入含有抗生素-磺胺嘧啶的水体中，于45℃下振荡，并进行12h的吸附过程；
b．本步骤与实施例一的相同。
测定在本实施例完成去除抗生素-磺胺嘧啶的水体中残留的磺胺嘧啶浓度，计算出吸附剂的吸附容量。见表1。
实验分析测试：
模拟废水采用含有抗生素-磺胺嘧啶的污染水体，对各实施例方法的吸附性能进行测试，性能测试方法如下：
使用紫外-分光光度法在波长231nm处测定案例中的磺胺嘧啶水体浓度。吸附剂吸附容量的计算公式为q=V*(C0-Ce)/M，其中C0、Ce分别是溶液中磺胺嘧啶初始浓度和平衡浓度(mg/L)；V是吸附液体积(L)；M是吸附剂质量(g)。
性能测试结果见表1。
表1实施例中对磺胺嘧啶吸附的性能测试结果
实验例 投料比 初始浓度（mg/L） 温度(℃) 吸附容量(mg/g)
实施例一 1 20 25 5.730
实施例二 2 20 25 3.360
实施例三 3 20 25 2.806
实施例四 4 20 25 2.484
实施例五 5 20 25 1.920
实施例六 1 10 25 4.318
实施例七 1 30 25 10.005
实施例八 1 40 25 11.932
实施例九 1 50 25 14.168
实施例十 1 20 15 6.021
实施例十一 1 20 35 5.444
实施例十二 1 20 45 5.242
实施例十三 1 20 55 4.520
从表1中可知，在实施例一、实施例六～实施例九中，当膨胀石墨吸附剂投料比和振荡吸附温度保持不变时，且污染水体中抗生素-磺胺嘧啶初始浓度为30.0～50.0mg/L时，去除水体中抗生素-磺胺嘧啶的膨胀石墨吸附剂吸附容量大于10.005mg/g，表现为较高的吸附能力。在实施例一～实施例五中，当污染水体中抗生素-磺胺嘧啶初始浓度和振荡吸附温度保持不变时，且膨胀石墨吸附剂投料量为1.0～2.0g/L时，去除水体中抗生素-磺胺嘧啶的膨胀石墨吸附剂吸附容量大于3.360mg/g，表现为较为理想的吸附能力。在实施例一、实施例十～实施例十三中，当膨胀石墨吸附剂投料比和污染水体中抗生素-磺胺嘧啶初始浓度保持不变时，且振荡吸附温度为15～25℃时，去除水体中抗生素-磺胺嘧啶的膨胀石墨吸附剂吸附容量大于5.730mg/g，表现为较高的吸附能力。膨胀石墨吸附剂含有多种官能团，能高效吸附水体中的磺胺嘧啶。本发明上述实施例使用性质稳定、高比表面积、分散性好、经济成本低的膨胀石墨为吸附剂，实现了对水体中磺胺嘧啶的高效吸附。同时膨胀石墨吸附磺胺嘧啶后漂浮于水面，有利于吸附剂的回收再利用，避免了吸附剂的二次污染和进一步降低经济成本。使用膨胀石墨除磺胺嘧啶能耗低，经济环保，具有一定的工业发展潜力，为磺胺嘧啶去除提供了一种新的思路。
上面对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明利用膨胀石墨吸附剂去除水体中抗生素-磺胺嘧啶的方法的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种利用膨胀石墨吸附剂去除水体中抗生素-磺胺嘧啶的方法，其特征在于，包括如下步骤：
a．在处理含有初始浓度为10.0～50.0mg/L的抗生素-磺胺嘧啶的水体时，按照1.0～5.0g/L的膨胀石墨吸附剂投加量，将膨胀石墨吸附剂投入含有抗生素-磺胺嘧啶的水体中，于15～55℃下振荡，并进行不低于12h的吸附过程；
b．所述步骤a处理工艺步骤结束后，对经过处理的水体进行过滤，将吸附磺胺嘧啶后膨胀石墨与处理后的水体分离，完成对水体中的抗生素-磺胺嘧啶的去除。
2.根据权利要求1所述利用膨胀石墨吸附剂去除水体中抗生素-磺胺嘧啶的方法，其特征在于：适合用于处理含有初始浓度为30.0～50.0mg/L的抗生素-磺胺嘧啶的水体，完成对水体中的抗生素-磺胺嘧啶的去除。
3.根据权利要求1或2所述利用膨胀石墨吸附剂去除水体中抗生素-磺胺嘧啶的方法，其特征在于：在所述步骤a中，按照1.0～2.0g/L的膨胀石墨吸附剂投加量，将膨胀石墨吸附剂投入含有抗生素-磺胺嘧啶的水体中。
4.根据权利要求1或2所述利用膨胀石墨吸附剂去除水体中抗生素-磺胺嘧啶的方法，其特征在于：在所述步骤a中，将膨胀石墨吸附剂投入含有抗生素-磺胺嘧啶的水体中，于15～25℃下振荡并进行吸附。
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