CN105948158A - 利用活性炭纤维吸附剂去除水体中抗生素-磺胺嘧啶的方法 - Google Patents

利用活性炭纤维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活性炭纤维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活性炭纤维吸附剂投入含有抗生素‑磺胺嘧啶的水体中，于设定温度下下振荡吸附，结束后，对经过处理的水体进行过滤，将吸附磺胺嘧啶后活性炭纤维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。本发明方法能有效地去除水体中的磺胺嘧啶，同时还具备去除效率高、耐腐蚀、耐热和易分离等优势，本发明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，本发明使用活性炭纤维除磺胺嘧啶能耗低，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。

Description

利用活性炭纤维吸附剂去除水体中抗生素-磺胺嘧啶的方法
技术领域
本发明涉及一种去除水体中有机污染物的方法，特别是采用物理吸附的方法去除水体中抗生素-磺胺嘧啶的方法，应用于污染水体中磺胺类抗生素残留物的去除的水体保护和处理技术领域。
背景技术
活性炭纤维是有机纤维经高温碳化活化制备而成的一种多孔性纤维状吸附材料，具有独特的细孔结构、微孔发达、孔径分布窄、比表面积大、环境友好、来源广泛、价格低廉以及具有一定量的含氧官能团的特点。这些特性使得活性炭纤维具有优异的吸附性能，对气相和液相分子具有较大的吸附量和较快的吸附速度，能高效去除溶液或气体中的污染物。此外,活性炭纤维还能制成纱、线、布、毡等形状,便于工程的应用或工艺简化。因此，目前活性炭纤维广泛应用于空气净化、大气污染治理、催化剂制造等领域，有着广大的发展前景。虽然活性炭纤维是一种非常有前途的高效吸附材料，但是在工业水处理，尤其是饮用水抗生素处理方面还没有得到广泛的研究和应用。
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相对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，吸附法去除水体中抗生素具有占地面积小、操作方便、适用性广和经济成本低等优势，还避免了化学氧化法运行成本高、工序复杂、易造成二次污染等缺点。因而吸附法是一种非常具有应用潜力的去除方法，其关键是找到一种合适的吸附剂。目前应用于水体抗生素的吸附剂主要有活性炭、氧化铝、膨润土等，但是因吸附容量低而去除效果不理想。
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，提供一种利用活性炭纤维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，同时还具备去除效率高、耐腐蚀、耐热和易分离等优势，本发明使用活性炭纤维除磺胺嘧啶能耗低，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：
一种利用活性炭纤维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10.0～100.0mg/L的抗生素-磺胺嘧啶的水体时，按照0.25～2.5g/L的活性炭纤维吸附剂投加量，将活性炭纤维吸附剂投入含有抗生素-磺胺嘧啶的水体中，于25～65℃下振荡，并进行不低于12h的吸附过程；作为本发明优选的技术方案，适合用于处理含有初始浓度为20.0～100.0mg/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；作为本发明进一步优选的技术方案，适合用于处理含有初始浓度为40.0～100.0mg/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；作为本发明优选的技术方案，按照0.5～1.5g/L的活性炭纤维吸附剂投加量，将活性炭纤维吸附剂投入含有抗生素-磺胺嘧啶的水体中；作为本发明优选的技术方案，将活性炭纤维吸附剂投入含有抗生素-磺胺嘧啶的水体中，于25～45℃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，将吸附磺胺嘧啶后活性炭纤维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。
作为本发明优选的技术方案，在所述步骤a中，所述活性炭纤维吸附剂采用如下方法并按照如下步骤制备：
ⅰ.首先将活性炭纤维剪成约0.5cm的大小块状，然后按照设定量将小块的活性炭纤维置于500mL烧杯中，并加入设定量的去离子水，置于100℃的水浴锅中进行预处理，搅拌，进行30min预处理；
ii.经过所述步骤ⅰ的预处理后，将烧杯中的水倒掉，再重新加入去离子水，重复所述步骤ⅰ的预处理步骤，直至满足预处理判定要求标准，采停止预处理过程，其中预处理判定要求标准为：取10mL的对活性炭纤维进行预处理后的水，向水中先后加入0.1mL抗坏血酸和0.2mL钼酸铵，若不显蓝色，则视为预处理过程达标完成，即制备得到活性炭纤维吸附剂。
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.本发明使用活性炭纤维吸附剂，吸附容量最大可以达到185.36mg/g，同时还具备去除稳定、去除率高、耐酸碱、无毒等优势；
2.本发明使用微孔发达、高比表面积、环境友好、经济成本低的活性炭纤维为吸附剂，实现了对水体中磺胺嘧啶的高效吸附；
3.本发明使用活性炭纤维吸附磺胺嘧啶后，回收装置简单、再生容易、省时节能、操作安全、使用寿命长，进一步降低了经济成本。
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，一种利用活性炭纤维吸附剂去除水体中抗生素-磺胺嘧啶的方法，包括如下步骤：
ⅰ.首先将活性炭纤维剪成约0.5cm的大小块状，然后按照设定量将小块的活性炭纤维置于500mL烧杯中，并加入设定量的去离子水，置于100℃的水浴锅中进行预处理，搅拌，进行30min预处理；
ii.经过所述步骤ⅰ的预处理后，将烧杯中的水倒掉，再重新加入去离子水，重复所述步骤ⅰ的预处理步骤，直至满足预处理判定要求标准，采停止预处理过程，其中预处理判定要求标准为：取10mL的对活性炭纤维进行预处理后的水，向水中先后加入0.1mL抗坏血酸和0.2mL钼酸铵，若不显蓝色，则视为预处理过程达标完成，即制备得到活性炭纤维吸附剂；
iii.在处理含有初始浓度为60.0mg/L的抗生素-磺胺嘧啶的水体时，按照0.25g/L的活性炭纤维吸附剂投加量，将在所述步骤ii中制备的活性炭纤维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；
iv.所述步骤iii处理工艺步骤结束后，对经过处理的水体进行过滤，将吸附磺胺嘧啶后活性炭纤维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。
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。
本实施例利用活性炭纤维吸附剂去除水体中抗生素-磺胺嘧啶，按照一定的投加量将活性炭纤维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。使用活性炭纤维吸附剂，吸附容量最大可以达到185.36mg/g，同时还具备去除率高、性质稳定、耐热和无毒等优势。本实施例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。
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，一种利用活性炭纤维吸附剂去除水体中抗生素-磺胺嘧啶的方法，包括如下步骤：
ⅰ.本步骤与实施例一相同；
ii.本步骤与实施例一相同；
iii.在处理含有初始浓度为60.0mg/L的抗生素-磺胺嘧啶的水体时，按照0.5g/L的活性炭纤维吸附剂投加量，将在所述步骤ii中制备的活性炭纤维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；
iv.本步骤与实施例一相同。
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，一种利用活性炭纤维吸附剂去除水体中抗生素-磺胺嘧啶的方法，包括如下步骤：
ⅰ.本步骤与实施例一相同；
ii.本步骤与实施例一相同；
iii.在处理含有初始浓度为60.0mg/L的抗生素-磺胺嘧啶的水体时，按照1.0g/L的活性炭纤维吸附剂投加量，将在所述步骤ii中制备的活性炭纤维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；
iv.本步骤与实施例一相同。
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，一种利用活性炭纤维吸附剂去除水体中抗生素-磺胺嘧啶的方法，包括如下步骤：
ⅰ.本步骤与实施例一相同；
ii.本步骤与实施例一相同；
iii.在处理含有初始浓度为60.0mg/L的抗生素-磺胺嘧啶的水体时，按照1.5g/L的活性炭纤维吸附剂投加量，将在所述步骤ii中制备的活性炭纤维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；
iv.本步骤与实施例一相同。
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，一种利用活性炭纤维吸附剂去除水体中抗生素-磺胺嘧啶的方法，包括如下步骤：
ⅰ.本步骤与实施例一相同；
ii.本步骤与实施例一相同；
iii.在处理含有初始浓度为60.0mg/L的抗生素-磺胺嘧啶的水体时，按照2.0g/L的活性炭纤维吸附剂投加量，将在所述步骤ii中制备的活性炭纤维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；
iv.本步骤与实施例一相同。
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，一种利用活性炭纤维吸附剂去除水体中抗生素-磺胺嘧啶的方法，包括如下步骤：
ⅰ.本步骤与实施例一相同；
ii.本步骤与实施例一相同；
iii.在处理含有初始浓度为10.0mg/L的抗生素-磺胺嘧啶的水体时，按照1.0g/L的活性炭纤维吸附剂投加量，将在所述步骤ii中制备的活性炭纤维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；
iv.本步骤与实施例一相同。
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，一种利用活性炭纤维吸附剂去除水体中抗生素-磺胺嘧啶的方法，包括如下步骤：
ⅰ.本步骤与实施例一相同；
ii.本步骤与实施例一相同；
iii.在处理含有初始浓度为20.0mg/L的抗生素-磺胺嘧啶的水体时，按照1.0g/L的活性炭纤维吸附剂投加量，将在所述步骤ii中制备的活性炭纤维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；
iv.本步骤与实施例一相同。
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，一种利用活性炭纤维吸附剂去除水体中抗生素-磺胺嘧啶的方法，包括如下步骤：
ⅰ.本步骤与实施例一相同；
ii.本步骤与实施例一相同；
iii.在处理含有初始浓度为30.0mg/L的抗生素-磺胺嘧啶的水体时，按照1.0g/L的活性炭纤维吸附剂投加量，将在所述步骤ii中制备的活性炭纤维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；
iv.本步骤与实施例一相同。
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，一种利用活性炭纤维吸附剂去除水体中抗生素-磺胺嘧啶的方法，包括如下步骤：
ⅰ.本步骤与实施例一相同；
ii.本步骤与实施例一相同；
iii.在处理含有初始浓度为40.0mg/L的抗生素-磺胺嘧啶的水体时，按照1.0g/L的活性炭纤维吸附剂投加量，将在所述步骤ii中制备的活性炭纤维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；
iv.本步骤与实施例一相同。
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，一种利用活性炭纤维吸附剂去除水体中抗生素-磺胺嘧啶的方法，包括如下步骤：
ⅰ.本步骤与实施例一相同；
ii.本步骤与实施例一相同；
iii.在处理含有初始浓度为50.0mg/L的抗生素-磺胺嘧啶的水体时，按照1.0g/L的活性炭纤维吸附剂投加量，将在所述步骤ii中制备的活性炭纤维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；
iv.本步骤与实施例一相同。
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，一种利用活性炭纤维吸附剂去除水体中抗生素-磺胺嘧啶的方法，包括如下步骤：
ⅰ.本步骤与实施例一相同；
ii.本步骤与实施例一相同；
iii.在处理含有初始浓度为100.0mg/L的抗生素-磺胺嘧啶的水体时，按照1.0g/L的活性炭纤维吸附剂投加量，将在所述步骤ii中制备的活性炭纤维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；
iv.本步骤与实施例一相同。
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，一种利用活性炭纤维吸附剂去除水体中抗生素-磺胺嘧啶的方法，包括如下步骤：
ⅰ.本步骤与实施例一相同；
ii.本步骤与实施例一相同；
iii.在处理含有初始浓度为60.0mg/L的抗生素-磺胺嘧啶的水体时，按照1.0g/L的活性炭纤维吸附剂投加量，将在所述步骤ii中制备的活性炭纤维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；
iv.本步骤与实施例一相同。
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，一种利用活性炭纤维吸附剂去除水体中抗生素-磺胺嘧啶的方法，包括如下步骤：
ⅰ.本步骤与实施例一相同；
ii.本步骤与实施例一相同；
iii.在处理含有初始浓度为60.0mg/L的抗生素-磺胺嘧啶的水体时，按照1.0g/L的活性炭纤维吸附剂投加量，将在所述步骤ii中制备的活性炭纤维吸附剂投入含有抗生素-磺胺嘧啶的水体中，于65℃下振荡，并进行12h的吸附过程；
iv.本步骤与实施例一相同。
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
从表1中可知，在实施例一～实施例五中，当水体中磺胺嘧啶初始浓度和吸附温度保持不变时，且活性炭纤维投料量为0.5～1.5g/L时，去除水体中磺胺嘧啶的活性炭纤维去除率大于83.89％，且吸附容量都能大于36.79mg/g，表现为较理想的去除效果。在实施例三、实施例六～实施例十一中，当活性炭纤维投料比和吸附温度保持不变时，且水体中磺胺嘧啶初始浓度40-100mg/L时，去除水体中磺胺嘧啶的活性炭纤维去除率大于92.08％，且去吸附容量大于38.11mg/g，表现为较高的去除效果。在实施例三、实施例十二、实施例十三中，当活性炭纤维吸附剂投料比和水体中磺胺嘧啶初始浓度保持不变时，且吸附温度为25～65℃时，去除水体中磺胺嘧啶的活性炭纤维去除率大于92.80％，吸附容量大于55.96mg/g，表现为较高的去除效果；而在25～45℃下，去除水体中磺胺嘧啶的活性炭纤维去除率大于92.82％，吸附容量大于56.53mg/g，表现为更高的去除效果。活性炭纤维吸附剂含有多种含氧官能团，能高效吸附水体中的磺胺嘧啶。本发明上述实施例使用去除率高、吸附效果好、经济成本低的活性炭纤维为吸附剂，实现了对水体中磺胺嘧啶的高效吸附。同时活性炭纤维吸附磺胺嘧啶后回收装置简单、再生容易、省时节能、操作安全、使用寿命长，进一步降低了经济成本。使用活性炭纤维除磺胺嘧啶能耗低，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活性炭纤维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 (6)

1. 一种利用活性炭纤维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10.0～100.0mg/L的抗生素-磺胺嘧啶的水体时，按照0.25～2.5g/L的活性炭纤维吸附剂投加量，将活性炭纤维吸附剂投入含有抗生素-磺胺嘧啶的水体中，于25～65℃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，将吸附磺胺嘧啶后活性炭纤维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所述利用活性炭纤维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，所述活性炭纤维吸附剂采用如下方法并按照如下步骤制备：
ⅰ.首先将活性炭纤维剪成约0.5cm的大小块状，然后按照设定量将小块的活性炭纤维置于500mL烧杯中，并加入设定量的去离子水，置于100℃的水浴锅中进行预处理，搅拌，进行30min预处理；
ⅱ.经过所述步骤ⅰ的预处理后，将烧杯中的水倒掉，再重新加入去离子水，重复所述步骤ⅰ的预处理步骤，直至满足预处理判定要求标准，采停止预处理过程，其中预处理判定要求标准为：取10mL的对活性炭纤维进行预处理后的水，向水中先后加入0.1mL抗坏血酸和0.2mL钼酸铵，若不显蓝色，则视为预处理过程达标完成，即制备得到活性炭纤维吸附剂。
3. 根据权利要求1或2所述利用活性炭纤维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，适合用于处理含有初始浓度为20.0～100.0mg/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。
4. 根据权利要求3所述利用活性炭纤维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，适合用于处理含有初始浓度为40.0～100.0mg/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。
5. 根据权利要求1或2所述利用活性炭纤维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0.5～1.5g/L的活性炭纤维吸附剂投加量，将活性炭纤维吸附剂投入含有抗生素-磺胺嘧啶的水体中。
6. 根据权利要求1或2所述利用活性炭纤维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，将活性炭纤维吸附剂投入含有抗生素-磺胺嘧啶的水体中，于25～45℃下振荡并进行吸附。
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