CN106423084B - 一种去除水中阿莫西林和氨苄西林的吸附剂的制备方法 - Google Patents

一种去除水中阿莫西林和氨苄西林的吸附剂的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种去除水中阿莫西林和氨苄西林的吸附剂的制备方法，该方法制备的吸附剂对目标污染物吸附容量较大且性能稳定。本发明的方法包括以下步骤：预处理：将凹凸棒土洗涤，过滤，放入烘箱烘干，研磨成粉末，过筛后得到预处理后的凹凸棒土；酸化：将预处理后的凹凸棒土加入盐酸，恒温振荡，超声处理，用离心机分离固液，用蒸馏水冲洗至洗液pH值到中性，烘干，研磨过筛后得到酸化凹凸棒土；水热反应：将酸化凹凸棒土和壳聚糖在蒸馏水中混合，调节pH值，超声分散后形成的悬浮液倒入聚四氟乙烯水热釜中水热碳化反应；水热碳化反应后的产物用离心机离心分离，洗涤后烘干，研磨过筛，得到用于去除水中阿莫西林和氨苄西林的吸附剂。

Description

一种去除水中阿莫西林和氨苄西林的吸附剂的制备方法
技术领域
本发明具体涉及一种吸附剂的制备方法，更具体地说涉及一种去除水中阿莫西林和氨苄西林的吸附剂的制备方法，属于环境水污染处理技术。
背景技术
中国是抗生素的生产和使用大国，我国水环境中频繁检出高浓度抗生素。中国2010年的抗生素销售总额占世界抗生素销售总额的三分之一多。中国科学院广州地球化学研究所发布的一项研究结果显示，2013年中国抗生素总使用量超过16万吨，珠江流域中，浓度最高的抗生素是阿莫西林(AMX)，达到3384ng/L。我国地表水中已有约68种抗生素被检出，其中包括β-内酰胺类、四环素类、磺胺类、大环内酯类等。抗生素的滥用给水环境系统带来不利影响：产生耐药性细菌，影响水生动植物的生命活动，给人体健康带来潜在威胁。目前常采用吸附法对其废水进行处理，吸附法是指利用多孔固体物对水中污染物进行吸收分离的水处理过程，具有成本低、工艺简单、操作简单等优点，常见的吸附剂主要有活性炭、膨润土、沸石、硅藻土、高岭土、焦炭、木屑等。
凹凸棒土，简称凹土，理论化学式为Mg5Si8O20(OH)2(OH2)4·4H2O，具有链层状结构，是一种广泛分布于我国江苏、贵州、安徽等地的粘土矿物，是我国最丰富的天然矿物之一。凹土具有吸附性、抗盐性、热稳定性等特性，被称为“万用之土”、“千土之王”。凹土具有独特的晶体结构，晶体形状多样，有针状、棒状、纤维状或纤维集合状，使其具有较高的吸附脱色性能，并且耐高温、抗盐碱，具有良好的胶体性质。由于凹土原矿存在一定的矿物学局限性，为改善凹土质量，提高凹土的比表面积及其表面电荷数，改善其结构通道以适应或满足工业上的各种需求，通常对凹土进行改性，增加其比表面积，从而提高吸附容量；或一定程度上改变凹土表面性质，从而提高胶体的悬浮稳定性；增强材料的界面复合功能，从而改善材料的理化性能。如果能很好的制备方法将其改性，则可针对性很好地吸附并去除水中的阿莫西林和氨苄西林。
发明内容
本发明的目的是提供一种去除水中阿莫西林和氨苄西林的吸附剂的制备方法，该方法制备的吸附剂原料天然、储量丰富、成本低廉、无毒害作用、不产生二次污染。对目标污染物吸附容量较大且性能稳定。同时制备方法简单易行，成本低廉，对设备要求不高，实际操作性强，可实施产业化，具有广阔的市场前景。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明的去除水中阿莫西林和氨苄西林的吸附剂的制备方法，其包括以下步骤：
预处理：将凹凸棒土洗涤，过滤，放入烘箱烘干，研磨成粉末，过筛后得到预处理后的凹凸棒土；
酸化：将预处理后的凹凸棒土加入盐酸，恒温振荡，超声处理，用离心机分离固液数次，用蒸馏水冲洗至洗液pH值到中性，烘干，研磨过筛后得到酸化凹凸棒土；
水热反应：将酸化凹凸棒土和壳聚糖在蒸馏水中混合，调节pH值，超声分散后形成的悬浮液倒入聚四氟乙烯水热釜中水热碳化反应；水热碳化反应后的产物用离心机离心分离，洗涤后烘干，研磨过筛，得到用于去除水中阿莫西林和氨苄西林的吸附剂。
本发明上述的制备方法，其进一步的技术方案是步骤(b)中所述盐酸浓度为0.2-0.5mol/L，盐酸用量为5-10mL/g·凹凸棒土。
本发明上述的制备方法，其进一步的技术方案还可以是步骤(b)中所述振荡条件：振荡温度为10-40℃，振荡时间为10-60min。
本发明上述的制备方法，其进一步的技术方案还可以是步骤(c)中所述壳聚糖的投加量为碳:土＝1:1-4:1。
本发明上述的制备方法，其进一步的技术方案还可以是步骤(c)所述调节pH值为4-9。
本发明上述的制备方法，其进一步的技术方案还可以是步骤(c)所述水热碳化反应温度为100-180℃，反应时间为6-12h；所述的洗涤条件为去离子水和乙醇交替洗涤。
本方法以水热法为技术依托，以生物质碳源壳聚糖为改性剂对凹土进行有机化改性。水热反应时，壳聚糖分子发生脱水聚合反应，生成线状或枝状寡聚糖，当溶液达到临界过饱和度的时候，线状或枝状寡聚糖进一步进行分子间的脱水反应，相互交连，快速成核，溶液中的生长基元在核的表面均匀生长，直到反应结束。一方面天然凹土经碳负载后表面形貌发生了明显改变，由原来大小不一的针棒状结构转变成多孔隙结构，出现了大量架空的孔洞，并有碳颗粒负载在表面，分散性和内比表面积较天然凹土均大大提升，其吸附性能得到明显提升；另一方面经有机改性后的凹土表面含有C-H、C＝O等有机基团，具有很好的亲有机性，增强了其对阿莫西林和氨苄西林的吸附能力。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
1、吸附容量较大且性能稳定。一定条件下对阿莫西林和氨苄西林的去除率可达到80％。2、脱附再生能力较高，可循环使用。一次脱附再生后吸附剂的吸附容量能达到再生前的90％，5次脱附再生循环之后,吸附剂的吸附容量能达到再生前的55％～60％。
3、本发明的吸附剂制备工艺过程简单，对设备要求不高，可实施产业化，且易于保存和运输，使用方便，具有广阔的市场前景。
4、具有良好的经济和环境效益。本发明的吸附剂制备成本低，原材料凹凸棒土和壳聚糖来源广泛、成本低廉。作为一种廉价的高效吸附剂用来替代传统的昂贵的吸附剂，不但可以减轻环境污染，同时还能够提高资源利用率。
附图说明
图1为本发明的工艺流程示意图
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明不限于所给出的例子。
实施例1
(1)预处理：于凹土中加入一定量的去离子水洗涤去除上层漂浮物和下层泥沙，再用二次去离子水洗涤至pH值为7.0，过滤，放入烘箱105℃烘干，研磨成粉末，过200目筛，置于干燥密闭容器中保存备用。
(2)取10g经预处理的凹土，加入0.5mol/L盐酸100mL，于10℃下恒温振荡10-60min，超声10min，用离心机分离固液数次，用蒸馏水冲洗至洗液pH值接近中性，105℃烘干，研磨，过100目筛，密封保存，即得酸化凹土。
(3)取2.5g酸化凹土，加入壳聚糖10g，在40mL的蒸馏水中混合。调节pH值至7，超声分散1h，形成的悬浮液倒入50mL聚四氟乙烯水热釜中(填充率80％)，于160℃下水热碳化8小时。水热反应后的产物用离心机离心分离(8000r/min)，用去离子水和乙醇交替洗涤，得到的产物于60℃下烘干至恒重，研磨过200目筛，得到碳改性凹土。
配制100ml含有阿莫西林和氨苄西林的模拟废水，两种抗生素的初始浓度均为200mg/L，溶液pH为7。投入制得的碳改性凹土0.5g，30℃条件下振荡反应12h。碳改性凹土对阿莫西林和氨苄西林的吸附量分别达到29.5mg/g和27.8mg/g，对阿莫西林和氨苄西林的去除率分别达到73.75％和69.50％.
实施例2
(1)预处理：于凹土中加入一定量的去离子水洗涤去除上层漂浮物和下层泥沙，再用二次去离子水洗涤至pH值为7.0，过滤，放入烘箱105℃烘干，研磨成粉末，过200目筛，置于干燥密闭容器中保存备用。
(2)取10g经预处理的凹土，加入0.4mol/L盐酸80mL，于30℃下恒温振荡50min，超声10min，用离心机分离固液数次，用蒸馏水冲洗至洗液pH值接近中性，105℃烘干，研磨，过100目筛，密封保存，即得酸化凹土。
(3)取2.5g酸化凹土，加入壳聚糖7.5g，在40mL的蒸馏水中混合。调节pH值至7，超声分散1h，形成的悬浮液倒入50mL聚四氟乙烯水热釜中(填充率80％)，于180℃下水热碳化10小时。水热反应后的产物用离心机离心分离(8000r/min)，用去离子水和乙醇交替洗涤，得到的产物于60℃下烘干至恒重，研磨过200目筛，得到碳改性凹土。
配制100ml含有阿莫西林和氨苄西林的模拟废水，两种抗生素的初始浓度均为200mg/L，溶液pH为7。投入制得的碳改性凹土0.5g，30℃条件下振荡反应12h。碳改性凹土对阿莫西林和氨苄西林的吸附量分别达到32.5mg/g和31.2mg/g，对阿莫西林和氨苄西林的去除率分别达到81.25％和78％。
实施例3
(1)预处理：于凹土中加入一定量的去离子水洗涤去除上层漂浮物和下层泥沙，再用二次去离子水洗涤至pH值为7.0，过滤，放入烘箱105℃烘干，研磨成粉末，过200目筛，置于干燥密闭容器中保存备用。
(2)取10g经预处理的凹土，加入0.2mol/L盐酸60mL，于40℃下恒温振荡60min，超声10min，用离心机分离固液数次，用蒸馏水冲洗至洗液pH值接近中性，105℃烘干，研磨，过100目筛，密封保存，即得酸化凹土。
(3)取2.5g酸化凹土，加入壳聚糖7.5g，在40mL的蒸馏水中混合。调节pH值至9，超声分散1h，形成的悬浮液倒入50mL聚四氟乙烯水热釜中(填充率80％)，于180℃下水热碳化12小时。水热反应后的产物用离心机离心分离(8000r/min)，用去离子水和乙醇交替洗涤，得到的产物于60℃下烘干至恒重，研磨过200目筛，得到碳改性凹土。
配制100ml含有阿莫西林和氨苄西林的模拟废水，两种抗生素的初始浓度均为200mg/L，溶液pH为7。投入制得的碳改性凹土0.5g，30℃条件下振荡反应12h。碳改性凹土对阿莫西林和氨苄西林的吸附量分别达到32mg/g和31.8mg/g，对阿莫西林和氨苄西林的去除率分别达到80％和79.5％。

Claims (1)

1.一种去除水中阿莫西林和氨苄西林的吸附剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
预处理：将凹凸棒土洗涤，过滤，放入烘箱烘干，研磨成粉末，过筛后得到预处理后的凹凸棒土；
酸化：将预处理后的凹凸棒土加入盐酸，恒温振荡，超声处理，用离心机分离固液数次，用蒸馏水冲洗至洗液pH值到中性，烘干，研磨过筛后得到酸化凹凸棒土；所述振荡条件：振荡温度为10-40℃，振荡时间为10-60min；
水热反应：将酸化凹凸棒土和壳聚糖在蒸馏水中混合，调节pH值，超声分散后形成的悬浮液倒入聚四氟乙烯水热釜中水热碳化反应；水热碳化反应后的产物用离心机离心分离，洗涤后烘干，研磨过筛，得到用于去除水中阿莫西林和氨苄西林的吸附剂；
所述盐酸浓度为0.2-0.5mol/L，盐酸用量为5-10mL/g·凹凸棒土；所述壳聚糖的投加量为碳:土＝1:1-4:1；所述调节pH值为4-9；所述水热碳化反应温度为100-180℃，反应时间为6-12h；所述的洗涤条件为去离子水和乙醇交替洗涤。
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