CN107570113A

CN107570113A - 一种利用抗生素发酵残渣制备生物炭的方法及其用途

Info

Publication number: CN107570113A
Application number: CN201710800469.7A
Authority: CN
Inventors: 朱向东; 刘雨辰; 钱峰; 商华; 其他发明人请求不公开姓名
Original assignee: Fudan University
Current assignee: Fudan University
Priority date: 2017-09-07
Filing date: 2017-09-07
Publication date: 2018-01-12

Abstract

本发明公开了一种利用抗生素发酵残渣制备生物炭的方法及其用途，属于环境保护与固体废弃物资源化利用领域。本发明包括如下步骤：1、将抗生素发酵残渣（药渣）在空气中烘干。2、将烘干后的材料置于管式炉中，在一定气氛下热解，取出，得到抗生素发酵残渣基生物炭。3、抗生素发酵残渣基生物炭用于固定去除水体或土壤中的重金属。本发明制备方法简单，成本低廉，应用于水体及土壤重金属污染修复，拓宽了危险固废抗生素发酵残渣的利用途径，实现了其无害化处置和高附加值资源化利用，兼具良好的环境和经济效益。

Description

一种利用抗生素发酵残渣制备生物炭的方法及其用途

技术领域

本发明属于环境保护与固体废弃物资源化利用领域，具体涉及抗生素发酵残渣的资源化利用和无害化处置，特别是涉及一种利用抗生素发酵残渣制备生物炭的方法及其用途。

背景技术

我国是抗生素生产大国，年产量可达14.7万吨；然而，生产1吨抗生素可产生8～10吨湿抗生素菌丝体发酵残渣（简称药渣）。药渣中主要成分包含抗生素菌丝体、培养基、发酵代谢产物及残留抗生素等，由此主要产生两类环境问题。（一）恶臭气体污染。药渣在25～30℃条件下放置3h就会发臭（源于其中大量的氮素），严重污染大气，直接影响居民日常生活；（二）抗生素伪持久性污染。一方面，药渣堆放周围环境中，抗生素（浓度范围：0.03%～0.10%）随污水径流污染水体及土壤，产生大量的耐药菌；另一面，药渣作为饲料添加剂喂养家禽，抗生素又可随蓄禽粪便进入环境，影响植物的生长，并可通过食物链的传递影响人类健康。随着科学研究的不断深入，药渣的危害逐渐被认识，2008年，我们已将药渣列入《国家危险废物名录》。然而，不同于其余危废，药渣中亦含有大量的可再利用组分，如淀粉、蛋白和糖类及其代谢产物等，富含羧酸根和磷酸根等含氧官能团。如何同步实现药渣的污染控制与资源回收，是限制我国抗生素生产企业发展与改善民生环境的重大难题。

目前国内外对药渣的传统处置方式主要是焚烧、垃圾填埋等方式。但是传统的处置方式会造成环境污染。热解技术是一种非常有潜力的处置危险固废的方法，能够循环利用生物炭材料（热解的固体产物）。生物炭富含碳素和磷酸盐、碳酸盐等无机盐成分，被广泛用于重金属的固定。有研究指出，磷酸盐、碳酸盐等无机盐含量代表了生物炭通过沉淀反应固定重金属的能力。而药渣含有丰富的羧酸盐和磷酸盐，因此经过热解活化的药渣基生物炭，有潜力成为理想的土壤及水体中重金属的修复材料。

该发明有效利用热解技术活化药渣，制备得到了能够有效固定土壤及水体中重金属的生物炭材料，实现了变废为宝，以废治废的目的，是一种绿色无污染的方法。该发明为抗生素发酵残渣这一危险固废的资源化利用指明了道路。

发明内容

本发明的目在于提供一种利用抗生素发酵残渣制备生物炭的方法及其用途，具体为以抗生物发酵残渣（药渣）为原料制备生物炭的方法并应用于土壤及水体重金属污染修复。

本发明提出的一种利用抗生素发酵残渣（药渣）制备生物炭的方法，具体步骤如下：

（1）将药渣在空气中烘干，所述烘干温度为60 ~ 100℃，加热时间为24 ~ 48小时；并且过40目筛；

（2）将步骤（1）得到的产物放入瓷舟内，置于管式炉中，在气体气氛下进行热解，所述热解温度为300 ~ 800℃，并维持1 ~ 4小时，气体流量为0.2 ~ 1.0 L/min；热解反应后，将所得产物冷却至室温后，取出，即可得抗生素发酵残渣基生物炭。

本发明中，步骤（2）所述的气氛为二氧化碳、氮气、氩气或氦气中任一种。

利用本发明制备方法得到的生物炭的用途，具体为将所得生物炭用于固定去除水体或土壤中的重金属。

本发明的有益效果在于：本发明抗生素发酵残渣基生物炭制备原料为危险固废抗生素药渣，成本低廉，来源广泛，既降低了制备成本，又有效解决了抗生素药渣的资源化利用和无害化处置的难题，兼具良好的环境和经济效益。本发明制备的抗生素发酵残渣基生物炭材料可以广泛应用于土壤及水体重金属污染修复。

附图说明

图1：本发明制备的抗生素发酵残渣基生物炭吸附重金属Pb²⁺的等温吸附线。

图2：本发明制备的抗生素发酵残渣基生物炭对1250 mg/kg重金属Pb²⁺污染的土壤的固定效率图。

具体实施方式

下面的实施用于进一步说明本发明，并不是对本发明的限定。

实施例1

将林可霉素发酵残渣（一种抗生素发酵残渣）60℃下烘干24小时，过筛40目；过筛材料放入瓷舟内，置于管式炉中，在流速为0.2 L/min的N₂气氛下以8 ℃ /min的升温速率升至300 ℃，并维持2小时。待温度冷却至室温后，取出，研磨过100目筛，即可得抗生素发酵残渣基生物炭LN。

实施例2

将林可霉素发酵残渣（一种抗生素发酵残渣）60 ℃下烘干24小时，过筛40目；过筛材料放入瓷舟内，置于管式炉中，在流速为0.2 L/min的CO₂气氛下以8 ℃ /min的升温速率升至700 ℃，并维持2小时。待温度冷却至室温后，取出，研磨过100目筛，即可得抗生素发酵残渣基生物炭LC。

实施例3

采用实施例１所得的抗生素发酵残渣基生物炭LN，0.03 g加入到60 mL Pb²⁺初始浓度为10 ~ 150 mg/L的溶液中（10 mM吗啉乙磺酸溶液用于控制溶液pH ~ 5），置于恒温振荡箱内，在30 ℃和150 rpm下振荡24小时，过滤，在等离子体发射光谱仪（ICP-AES）上测定剩余Pb²⁺的浓度。经计算，Pb²⁺的吸附量达到92.2 mg/g。

实施例4

采用实施例２所得的抗生素发酵残渣基生物炭LC，0.03 g加入到60 mL Pb²⁺初始浓度为10 ~ 250 mg/L的溶液中（10 mM吗啉乙磺酸溶液用于控制溶液pH ~ 5），置于恒温振荡箱内，在30 ℃和150 rpm下振荡24小时，过滤，在等离子体发射光谱仪（ICP-AES）上测定剩余Pb²⁺的浓度。经计算，Pb²⁺的吸附量达到452.2 mg/g。

实施例5

在人为添加浓度为1250 mg/kg重金属Pb²⁺污染的土壤中，添加与土壤掺杂比例为3 %的实施例１所得的抗生素发酵残渣基生物炭LN，在室温及65 %湿度下培养四周后，用稀醋酸洗脱土壤，过滤，在等离子体发射光谱仪（ICP-AES）上测定洗脱液中Pb²⁺的浓度。经计算，Pb的固定效率达到10.17 %。

实施例6

在人为添加浓度为1250 mg/kg重金属Pb²⁺污染的土壤中，添加与土壤掺杂比例为3 %的实施例２所得的抗生素发酵残渣基生物炭LC，在室温及65 %湿度下培养四周后，用稀醋酸洗脱土壤，过滤，在等离子体发射光谱仪（ICP-AES）上测定洗脱液中Pb²⁺的浓度。经计算，Pb的固定效率达到59.92 %。

Claims

1.一种利用抗生素发酵残渣制备生物炭的方法，其特征在于具体步骤如下：

2.根据权利要求1所述的一种利用抗生素发酵残渣制备生物炭的方法，其特征在于步骤（2）所述的气氛为二氧化碳、氮气、氩气或氦气中任一种。

3.一种如权利要求1所述制备方法得到的生物炭的用途，其特征在于所述生物炭用于固定去除水体或土壤中的重金属。