CN108911008B - 去除水体中铜和四环素的方法 - Google Patents

去除水体中铜和四环素的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108911008B
CN108911008B CN201810797131.5A CN201810797131A CN108911008B CN 108911008 B CN108911008 B CN 108911008B CN 201810797131 A CN201810797131 A CN 201810797131A CN 108911008 B CN108911008 B CN 108911008B
Authority
CN
China
Prior art keywords
tetracycline
copper
water body
steam activated
water
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810797131.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108911008A (zh
Inventor
王荣忠
黄丹莲
张辰
刘云国
赖萃
曾光明
李易凡
张青
龚小敏
程敏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hunan University
Original Assignee
Hunan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hunan University filed Critical Hunan University
Priority to CN201810797131.5A priority Critical patent/CN108911008B/zh
Publication of CN108911008A publication Critical patent/CN108911008A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108911008B publication Critical patent/CN108911008B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/283Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using coal, charred products, or inorganic mixtures containing them
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/20Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising free carbon; comprising carbon obtained by carbonising processes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/3078Thermal treatment, e.g. calcining or pyrolizing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2220/00Aspects relating to sorbent materials
    • B01J2220/40Aspects relating to the composition of sorbent or filter aid materials
    • B01J2220/48Sorbents characterised by the starting material used for their preparation
    • B01J2220/4812Sorbents characterised by the starting material used for their preparation the starting material being of organic character
    • B01J2220/4825Polysaccharides or cellulose materials, e.g. starch, chitin, sawdust, wood, straw, cotton
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00Nature of the contaminant
    • C02F2101/10Inorganic compounds
    • C02F2101/20Heavy metals or heavy metal compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00Nature of the contaminant
    • C02F2101/30Organic compounds

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Water Treatment By Sorption (AREA)

Abstract

本发明公开了一种去除水体中铜和四环素的方法,该方法包括以下步骤:将蒸汽活化改性生物炭与含铜和四环素水体混合,得到混合液;对混合液进行振荡处理,完成对水体中铜和四环素的去除。本发明方法通过将蒸汽活化改性生物炭与含铜和四环素水体混合后进行振荡处理即可实现对铜和四环素的同时去除,具有工艺简单、易操作、成本低廉、高效、去除效果好等优点,有着很好的使用价值和应用前景。

Description

去除水体中铜和四环素的方法
技术领域
本发明属于污水处理技术领域,涉及一种去除水体中铜和四环素的方法,具体涉及一种利用蒸气活化改性生物炭去除水体中铜和四环素的方法。
背景技术
随着社会发展与人们物质需求的不断提高,集约化、规模化畜禽养殖业蓬勃发展。为了预防和治疗细菌性疾病、促进动物生长以及提高饲料利用率,铜(Cu)等重金属和四环素类抗生素被广泛用于畜禽养殖、水产养殖等农业生产活动中。铜与四环素在动物体内利用率较低,因此它们中的剩余部分会以原形或其代谢产物形式随粪尿和冲洗栏舍废水一起排入环境中,造成水体和土壤中四环素和铜的复合污染。四环素和铜的污染在环境中均具有持久性,即使在低剂量条件,其长周期也会对生物和环境造成负面影响。此外,这两种污染物共存条件下,会产生络合物,其毒性比单独的铜或四环素更大,且环境行为更为复杂。因此,选择一种合适的方法同时去除水体中四环素和铜迫在眉睫。
吸附法是一种常见的去除污染物的方法,可用于重金属和抗生素的吸附。目前,以生物炭为吸附剂的吸附技术在重金属污染物去除以及有机物治理方面均得到了应用。但是,原始的生物炭在实际使用过程中存在以下问题:比表面积、孔体积以及孔大小相对较小,且表面含氧官能团所占比例小,对水体中污染物的去除效率不高;不同原料的生物炭对单一的重金属或者抗生素的去除效果较好,但是不能同时有效的去除水体中的重金属和抗生素。针对这些问题,研究者采用的方法是对生物炭进行改性,如对生物炭进行化学改性,包括采用铁/锌掺杂锯末生物炭进行化学改性和采用蒙脱石对生物炭进行化学改性,然而这些改性生物炭仍然存在以下问题:结合位点有限,在吸附过程中抗生素和重金属会对结合位点产生竞争作用;改性过程中容易造成生物炭微孔的堵塞和崩塌,且引入的物质也是造成生物炭微孔堵塞的重要原因,从而降低吸附量,不利于提高吸附效果;不能同时去除抗生素和重金属。同时,对生物炭进行化学改性法时,需要大量的化学试剂(如硝酸、盐酸、氢氧化钠、氢氧化钾以及铁盐等),存在原料种类多、原料用量大、反应条件复杂、成本高、容易引入污染物质等问题,且改性过程相对复杂,改性难度较大。另外,现有研究中主要是针对纯水中的抗生素和重金属进行去除,并未考虑实际处理过程中环境因素(如pH、离子强度、杂质)对抗生素、重金属去除效果的影响。因此,获得一种工艺简单、易操作、成本低廉、高效、去除效果好的去除水体中铜和四环素的方法具有重要意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足,提供一种工艺简单、易操作、成本低廉、高效、去除效果好的去除水体中铜和四环素的方法。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:
一种去除水体中铜和四环素的方法,包括以下步骤:将蒸汽活化改性生物炭与含铜和四环素水体混合,得到混合液;对混合液进行振荡处理,完成对水体中铜和四环素的去除。
上述的方法,进一步改进的,所述振荡处理过程中控制混合液的pH值为2~7。
上述的方法,进一步改进的,所述振荡处理在转速为160rpm~200rpm下进行。
上述的方法,进一步改进的,所述振荡处理的时间为5min~2880min。
上述的方法,进一步改进的,所述蒸汽活化改性生物炭的投加量为每升含铜和四环素水体中添加蒸汽活化改性生物炭0.5g~1.0g。
上述的方法,进一步改进的,所述含铜和四环素水体中铜离子的初始浓度为0.2mmol/L~3mmol/L,四环素的初始浓度为0.2mmol/L。
上述的方法,进一步改进的,所述蒸汽活化改性生物炭的制备方法包括以下步骤:
(1)按照升温速率为8℃/min~12℃/min,将竹屑升温至300℃~700℃进行高温热解;
(2)保持高温热解温度不变,通入水蒸气对步骤(1)中高温热解后的产物进行活化,碾碎,过筛,得到蒸汽活化改性生物炭。
上述的方法,进一步改进的,所述步骤(1)中,对竹屑进行高温降解之前还包括对竹屑进行预处理:将竹屑烘干至含水率为10%~15%,粉碎,过100目~200目筛。
上述的方法,进一步改进的,所述步骤(1)中,所述高温热解在氮气气氛下进行;所述高温热解的时间为2h~4h。
上述的方法,进一步改进的,所述步骤(2)中,所述水蒸气的通入量为4mL/min~6mL/min;所述活化的时间为45min~60min;所述过筛为将碾碎后的产物过100目~200目筛。
本发明的主要创新点在于:
针对现有技术中对铜和四环素的去除效果不理想、难以实现对铜和四环素的同时去除等问题,本发明提出了一种利用蒸汽活化改性生物炭去除水体中铜和四环素的方法,通过采用蒸汽活化改性生物炭处理含铜和四环素水体,实现对水体中铜和四环素的同时去除,且去除率高、去除效果好。本发明中,利用表面络合作用、阳离子交换作用、沉淀作用以及通过吸附在蒸汽活化改性生物炭上的四环素的桥梁作用来去除水体中的铜;同时,利用氢键、π-π EDA以及通过吸附在蒸汽活化改性生物炭上的铜的桥梁作用来去除水体中的四环素,从而达到同时去除水体铜和四环素的目的。
本发明中,蒸汽活化改性生物炭由物理方法改性制得,具体为以竹屑为原料,通过高温热解和水蒸气的活化作用,增大材料的比表面积以及增加材料表面含氧官能团的含量,且增加与污染物结合位点的数量,有利于吸附更多的污染物。相比现有常规化学改性方法制备改性生物炭,本发明的物理改性方法中由于所用原料不同,因而制得的改性生物炭的物理化学性质是不相同的,与此同时,本发明的改性过程中仅是以水蒸气为改性剂,通过蒸汽活化即可制备得到蒸汽活化改性生物炭,无需其他化学试剂,改性剂易得且成本低,同时本发明的物理改性过程仅需在热解过程中通入蒸汽即可,不需要其他额外的搅拌等操作,工艺更简单、操作更方便、制备成本更低;更为重要的是,本发明中通过物理改性不会对其孔结构造成影响,相反还能增加生物炭的孔体积和孔大小,增强吸附效果。另外,物理改性和化学改性增强改性生物炭吸附效果的方式不同。现有化学改性中主要是利用以下机理来增强改性生物炭对污染物的吸附效果:通过化学改性来提高材料表面的羟基官能团,如通过掺杂锌来提高材料表面的羟基官能团,以此提高污染物与材料的表面络合作用,达到提高去除效果的作用;通过化学改性引入新的成分,如生物炭中掺杂的铁可以与四环素发生络合,从而增强材料的吸附效果。而本发明物理改性中主要是通过以下三个方面来增强改性生物炭对污染物的吸附效果:通过提高生物炭材料的比表面积和孔体积,提供更多的结合位点,增强对污染物的去除效果;通过蒸汽活化改性增加生物炭表面羧基官能团所占比例,提高羧基和污染物的表面络合作用,达到提高去除效果的作用;通过提高生物炭中C=C所占比例,提高生物炭与污染物的π-π共轭作用,提高吸附效果。
针对实际处理过程中外界环境因素(如pH、离子强度、杂质等)对蒸汽活化改性生物炭吸附效果的影响,本发明中优化了蒸汽活化改性生物炭的制备方法、蒸汽活化改性生物炭的添加量、实际处理水体的pH以及实际处理水体中铜离子和四环素的浓度、振荡吸附的条件(如转速和时间)等参数,通过优化这些参数有效降低了外界环境因素对蒸汽活化改性生物炭吸附效果的影响,从而获得了较为理想的去除效果。
与现有技术相比,本发明的优点在于:
(1)本发明提供了一种去除水体中铜和四环素的方法,将蒸汽活化改性生物炭与含铜和四环素水体混合后进行振荡处理即可实现对铜和四环素的同时去除,具有工艺简单、易操作、成本低廉、高效、去除效果好等优点,有着很好的使用价值和应用前景。
(2)本发明方法中,所用蒸汽活化改性生物炭以竹屑为原料,通过高温热解和水蒸气活化制备得到,具有制备方法简单、操作简便、原料来源广、成本低廉等优点,且由于活化过程中直接通入水蒸气,不需要其他额外操作步骤,工艺更简单,更易于操作,同时由此制得的蒸汽活化改性生物炭具有较大的比表面积和更多的表面含氧官能团,可以为污染物提供更多的结合位点,有利于同时去除水体中的重金属(如铜)和抗生素(如四环素)。本发明制得的蒸汽活化改性生物炭是一种新型吸附剂,可广泛用于复合污染物治理领域,能够实现同时对重金属和抗生素的有效去除,有着广泛的应用前景。
(3)本发明中,通过优化蒸汽活化改性生物炭的制备方法、蒸汽活化改性生物炭的添加量、实际处理水体的pH以及实际处理水体中铜离子和四环素的浓度、振荡吸附的条件(如转速和时间)等参数,对实际水体中铜离子和四环素的去除率均达到80%以上,其中对铜离子的去除率高达88.75%,对四环素的去除率高达95.49%,不仅能够实现对实际水体中铜离子和四环素的同时去除,且对实际水体中铜离子和四环素的去除效果较为理想。
附图说明
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
图1为本发明实施例2中蒸汽活化改性生物炭对不同铜离子浓度含铜和四环素水体中Cu2+和TC的去除效果图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述,但并不因此而限制本发明的保护范围。
以下本发明实施例中,若无特别说明,所采用的材料和仪器均为市售,所采用工艺为常规工艺,所采用设备为常规设备,且所得数据均是三次以上重复实验的平均值。
实施例1:
一种去除水体中铜和四环素的方法,可实现对水体中铜离子和四环素的同时去除,包括以下步骤:
取0.02g蒸汽活化改性生物炭,与20mL含铜离子(Cu2+)和四环素(TC)的溶液(该溶液中铜离子的浓度为0.2mmol/L,四环素的浓度为0.2mmol/L)混合,混合均匀,得到混合液;调节混合液的pH值为5,在25℃(室温下均可)、180rpm下进行恒温振荡处理30min,完成对水体中铜和四环素的同时去除。
本实施例中,所用蒸汽活化改性生物炭的制备方法包括以下步骤:
(1)预处理:将市购得到的竹屑进行烘干,直至竹屑的含水率为12%,粉碎,过100目筛,密封贮存备用。
(2)高温热解:按照升温速率为8℃/min,在氮气气氛下将步骤(1)中经预处理后的竹屑升温至500℃进行高温热解,高温热解的时间为2h。
(3)活化:高温热解完成后,保持热解温度不变,对高温热解产物进行活化,具体为:按照通入量为4mL/min,通入水蒸气,活化45min,冷却,碾碎,对碾碎后的产物过100目筛,得到蒸汽活化改性生物炭。
本实施例中,还考察了恒温振荡处理60min、120min、240min、480min、720min、1440min、2880min时(除振荡处理时间不同外,其他条件相同),蒸汽活化改性生物炭对水体中Cu2+和TC去除率的影响。
本实施例中,恒温振荡处理完成后,将恒温振荡处理后得到的溶液进行离心、过滤,得到滤液。分别利用火焰原子吸收光度计和紫外分光光度计测定滤液中未被处理的Cu2+和TC,分析蒸汽活化改性生物炭在不同振荡处理时间条件下对水体中Cu2+和TC的去除率,结果见表1。
表1 蒸汽活化改性生物炭在不同振荡处理时间条件下对水体中Cu2+和TC去除率的影响
Figure 774513DEST_PATH_IMAGE001
由表1可知,本发明方法能够同时有效地去除水体中的铜离子和四环素,且对铜离子和四环素的去除率均可达到98%以上。
实施例2
一种去除水体中铜和四环素的方法,可实现对水体中铜离子和四环素的同时去除,包括以下步骤:取0.02g实施例1中制备的蒸汽活化改性生物炭,与20mL含铜离子和四环素的溶液(该溶液中铜离子的浓度为0.5mmol/L,四环素的浓度为0.2mmol/L)混合,混合均匀,得到混合液;调节混合液的pH值为5,在25℃(室温下均可)、180rpm下进行恒温振荡处理48h,完成对水体中铜和四环素的同时去除。
本实施例中,还考察了铜离子的浓度为0.2mmol/L、1.0mmol/L、2.0mmol/L、3.0mmol/L时(除铜离子浓度不同外,其他条件相同),蒸汽活化改性生物炭对水体中Cu2+和TC去除率的影响。
本实施例中,还考察了四环素的浓度为0、0.05mmol/L、0.1mmol/L、0.4mmol/L、0.6mmol/L时(除四环素浓度不同外,其他条件相同),蒸汽活化改性生物炭对水体中Cu2+和TC去除率的影响。
本实施例中,恒温振荡处理完成后,将恒温振荡处理后得到的溶液进行离心、过滤,得到滤液。分别利用火焰原子吸收光度计和紫外分光光度计测定滤液中未被处理的Cu2+和TC,分析蒸汽活化改性生物炭对不同浓度含铜和四环素水体中Cu2+和TC的去除率,测定结果见表2、表3和图1。图1为本发明实施例2中蒸汽活化改性生物炭对不同铜离子浓度含铜和四环素水体中Cu2+和TC的去除效果图。
表2 蒸汽活化改性生物炭对不同铜离子浓度含铜和四环素水体中Cu2+和TC去除率的影响
Figure 924871DEST_PATH_IMAGE002
由表2和图1可知:当Cu2+浓度为0.2 mmol/L~3.0mmol/L,TC浓度为0.2mmol/L时,蒸汽活化改性生物炭对水体中铜和四环素的去除率均达到80%以上。特别当Cu2+浓度为0.2mmol/L,TC浓度也为0.2mmol/L时,蒸汽活化改性生物炭对铜离子的去除率为99.09%;蒸汽活化改性生物炭对四环素的去除率为98.42%。由此可见,本发明方法能够实现对水体中铜和四环素的同时去除,且具有较好的去除效果。
表3 蒸汽活化改性生物炭对不同四环素浓度含铜和四环素水体中Cu2+和TC去除率的影响
Figure 785380DEST_PATH_IMAGE003
由表3可知,当四环素浓度为0.2mmol/L时,本发明蒸汽活化改性生物炭对铜离子和四环素的去除效果最佳。
实施例3
一种去除水体中铜和四环素的方法,可实现对水体中铜离子和四环素的同时去除,包括以下步骤:取0.02g实施例1中制备的蒸汽活化改性生物炭,与20mL含铜离子和四环素的溶液(该溶液中铜离子的浓度为0.2mmol/L,四环素的浓度为0.2mmol/L)混合,混合均匀,得到混合液;调节混合液的pH值为2,在25℃(室温下均可)、180rpm下进行恒温振荡处理48h,完成对水体中铜和四环素的同时去除。
本实施例中,还考察了混合液的pH值为3、4、5、6、7时(除混合液pH值不同外,其他条件相同),蒸汽活化改性生物炭对水体中Cu2+和TC去除率的影响。
本实施例中,恒温振荡处理完成后,将恒温振荡处理后得到的溶液进行离心、过滤,得到滤液。分别利用火焰原子吸收光度计和紫外分光光度计测定滤液中未被处理的Cu2+和TC,分析蒸汽活化改性生物炭,在不同pH条件下对水体中Cu2+和TC的去除率,测定结果见表4。
表4 蒸汽活化改性生物炭在不同pH条件下对水体中Cu2+和TC去除率的影响
Figure 312176DEST_PATH_IMAGE004
由表4可知:当溶液偏酸性时,如pH=2~4时,蒸汽活化改性生物炭对铜离子的去除效果较好,但是对四环素的去除效果较低。但是,当pH在5~7变化时,蒸汽活化改性生物炭对水体中铜离子和四环素的去除效率均达到95%以上。
实施例4
一种去除水体中铜和四环素的方法,可实现对水体中铜离子和四环素的同时去除,包括以下步骤:
取0.02g实施例1中制备的蒸汽活化改性生物炭,与20mL含铜离子和四环素的溶液(该溶液中铜离子的浓度为0.2mmol/L,四环素的浓度为0.2mmol/L)混合,混合均匀,得到混合液(该混合溶液的pH为5);同时往混合溶液中加入氯化钠,并控制氯化钠的浓度为20mmol/L,在25℃(室温下均可)、180rpm下进行恒温振荡处理48h,完成对水体中铜和四环素的同时去除。
本实施例中,还考察了混合液中氯化钠的浓度为0、40mmol/L、60mmol/L、80mmol/L、100mmol/L时(除氯化钠的浓度不同外,其他条件相同),蒸汽活化改性生物炭对水体中Cu2+和TC去除率的影响。
本实施例中,恒温振荡处理完成后,将恒温振荡处理后得到的溶液进行离心、过滤,得到滤液。分别利用火焰原子吸收光度计和紫外分光光度计测定滤液中未被处理的Cu2+和TC,分析蒸汽活化改性生物炭在不同Na+浓度条件下对水体中Cu2+和TC的去除率,测定结果见表5。
表5 蒸汽活化改性生物炭在不同Na+浓度条件下对水体中Cu2+和TC去除率的影响
Figure 308951DEST_PATH_IMAGE005
由表5可知,当钠离子浓度为20~40mmol/L时,蒸汽活化改性生物炭对Cu2+和TC略有降低,这是由于钠离子的屏蔽效应削弱了蒸汽活化改性生物炭与污染物之间的静电相互作用,但是蒸汽活化改性生物炭对两种污染物的去除率仍在94%以上。当钠离子浓度为40~60mmol/L,蒸汽活化改性生物炭对Cu2+和TC的去除率较钠离子浓度低时略有上升,可能是由于钠离子的盐析效应提高了污染物的吸附效果并克服了屏蔽效应所导致的,这说明共存阳离子对蒸汽活化改性生物炭吸附水体中Cu2+和TC的吸附效果的影响不大。
实施例5
考察了蒸汽活化改性生物炭对湘江水中Cu2+和TC的去除率,包括以下步骤:
取0.02g实施例1中制备的蒸汽活化改性生物炭,加入20mL含铜离子和四环素的湘江水(该湘江水中铜离子的浓度为0.2mmol/L,四环素的浓度为0.2mmol/L)中,在25℃(室温下均可)、180rpm下进行恒温振荡处理48h,完成对湘江水中铜和四环素的同时去除。
本实施例中,还考察了铜离子的浓度为0.2mmol/L、1.0mmol/L、2.0mmol/L时(除铜离子浓度不同外,其他条件相同),蒸汽活化改性生物炭对湘江水中Cu2+和TC去除率的影响。
本实施例中,恒温振荡处理完成后,将恒温振荡处理后得到的溶液进行离心、过滤,得到滤液。分别利用火焰原子吸收光度计和紫外分光光度计测定滤液中未被处理的Cu2+和TC,分析蒸汽活化改性生物炭对实际水体(湘江水)中Cu2+和TC的去除率,测定结果见表6。
表6 蒸汽活化改性生物炭对湘江水中的Cu2+和TC的去除效果
Figure 895790DEST_PATH_IMAGE006
由表6可知,当TC浓度为0.2mmol/L,Cu2+浓度为0.2 mmol/L~2.0mmol/L时,蒸汽活化改性生物炭对湘江水中铜离子和四环素的去除率均达到80%以上,其中对铜离子的去除率高达88.75%,对四环素的去除率高达95.49%。由此可见,本发明方法能够实现对实际水体(湘江水)中铜离子和四环素的同时去除,且具有较好的去除效果。
对比例1
一种利用未改性生物炭去除水体中铜和四环素的方法,包括以下步骤:
取0.02g未改性生物炭,与20mL含铜离子和四环素的溶液(该溶液中铜离子的浓度为0.2mmol/L,四环素的浓度为0.2mmol/L)混合,混合均匀,得到混合液;调节混合液的pH值为5,在25℃(室温下均可)、180rpm下进行恒温振荡处理48h,完成对水体中铜和四环素的去除。
对比例1中,所用未改性生物炭由以下方法制得:
将市购所得竹屑在60℃下烘干,粉碎,过100目筛,密封贮存备用。将粉碎过筛后的竹屑放入管式炉中,通入氮气,按照升温速率为8℃/min将竹屑升温至500℃进行高温热解2h,冷却至室温,碾碎,过100目筛,得到未改性生物炭。
对比例1中,还考察了铜离子浓度为0.5mmol/L、1.0mmol/L、2.0mmol/L、3.0mmol/L时(除铜离子浓度不同外,其他条件相同),未改性生物炭对水体中Cu2+和TC去除率的影响。
对比例1中,恒温振荡处理完成后,将恒温振荡处理后得到的溶液进行离心、过滤,得到滤液。分别利用火焰原子吸收光度计和紫外分光光度计测定滤液中未被处理的Cu2+和TC,分析未改性生物炭对不同浓度含铜和四环素水体中Cu2+和TC的去除率,测定结果见表7。
表7 未改性生物炭对不同浓度含铜和四环素水体中Cu2+和TC去除率的影响
Figure 246525DEST_PATH_IMAGE007
由表7可知:当Cu2+浓度为0.2 mmol/L~3.0mmol/L,TC浓度为0.2mmol/L时,未改性生物炭对铜和四环素的去除率在39%以上。结合表2可知,本发明采用的蒸汽活化改性生物炭对水体中铜离子的去除率高达99.09%,对四环素的去除率高达98.42%。由此可见,本发明蒸汽活化改性生物炭对铜离子和四环素的去除效果均明显优于未改性生物炭。
表8 本发明实施例1中蒸汽活化改性生物炭、对比例1中未改性生物炭的理化性质
Figure 311433DEST_PATH_IMAGE008
由表8可知,相比未改性生物炭,经蒸汽活化改性后,本发明蒸汽活化改性生物炭的比表面积、孔体积和孔径显著增加,其中比表面积高达2.116 m2 g−1,孔体积高达0.001cm3 g−1,孔径高达1.751 nm。
表1至表8中的结果可知,由于实际处理过程中外界环境因素(pH、离子强度、杂质等)对蒸汽活化改性生物炭的吸附效果的影响,本发明方法中优化了蒸汽活化改性生物炭的制备方法、蒸汽活化改性生物炭的添加量、实际处理水体的pH以及实际处理水体中铜离子和四环素的浓度、振荡吸附的条件(如转速和时间)等参数,通过优化这些参数有效地降低环境因素对蒸汽活化改性生物炭吸附效果的影响,从而获得了较为理想的去除效果。
以上实施例仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种去除水体中铜和四环素的方法,其特征在于,包括以下步骤:将蒸汽活化改性生物炭与含铜和四环素水体混合,得到混合液;对混合液进行振荡处理,完成对水体中铜和四环素的去除;所述振荡处理过程中控制混合液的pH值为5;所述振荡处理的时间为1440min~2880min;所述含铜和四环素水体中铜离子的初始浓度为0.2mmol/L,四环素的初始浓度为0.2mmol/L;所述蒸汽活化改性生物炭的制备方法包括以下步骤:
(1)按照升温速率为8℃/min~12℃/min,将竹屑升温至300℃~700℃进行高温热解;
(2)保持高温热解温度不变,通入水蒸气对步骤(1)中高温热解后的产物进行活化45min~60min,碾碎,过筛,得到蒸汽活化改性生物炭。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述振荡处理在转速为160rpm~200rpm下进行。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述蒸汽活化改性生物炭的投加量为每升含铜和四环素水体中添加蒸汽活化改性生物炭0.5g~1.0g。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤(1)中,对竹屑进行高温降解之前还包括对竹屑进行预处理:将竹屑烘干至含水率为10%~15%,粉碎,过100目~200目筛;所述高温热解在氮气气氛下进行;所述高温热解的时间为2h~4h。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤(2)中,所述水蒸气的通入量为4mL/min~6mL/min;所述过筛为将碾碎后的产物过100目~200目筛。
CN201810797131.5A 2018-07-19 2018-07-19 去除水体中铜和四环素的方法 Active CN108911008B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810797131.5A CN108911008B (zh) 2018-07-19 2018-07-19 去除水体中铜和四环素的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810797131.5A CN108911008B (zh) 2018-07-19 2018-07-19 去除水体中铜和四环素的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108911008A CN108911008A (zh) 2018-11-30
CN108911008B true CN108911008B (zh) 2020-12-25

Family

ID=64416462

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810797131.5A Active CN108911008B (zh) 2018-07-19 2018-07-19 去除水体中铜和四环素的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108911008B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110756168A (zh) * 2019-12-04 2020-02-07 河南师范大学 用于吸附废水中四环素的改性生物炭的制备方法及其应用
CN111792699A (zh) * 2020-07-10 2020-10-20 苏州科技大学 一种同步去除水中抗生素和重金属复合污染的方法
CN113003648B (zh) * 2021-03-26 2023-04-11 浙江工业大学 一种固废生物质炭化材料治理重金属/有机物复合污染废水的方法
CN113651388A (zh) * 2021-08-18 2021-11-16 南开大学 利用溶解性生物炭削弱Cu(Ⅱ)对细菌间抗生素抗性基因转移的方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140016670A (ko) * 2012-07-31 2014-02-10 강원대학교산학협력단 단풍잎돼지풀에서 유래한 바이오차를 이용한 수질 중 항생물질 정화방법
CN103949214A (zh) * 2014-04-30 2014-07-30 华南理工大学 一种以中药渣为原料的重金属吸附活性炭及其制法与应用
KR101428553B1 (ko) * 2012-11-27 2014-08-11 강원대학교산학협력단 가시박 유래 바이오차를 이용한 수중의 축산용 항생물질의 정화방법
KR20140106125A (ko) * 2013-02-26 2014-09-03 강원대학교산학협력단 증기 활성화된 가시박 바이오차를 이용한 수중 항생물질 제거방법
EP3074350A1 (en) * 2013-11-25 2016-10-05 University Of Idaho Biochar water treatment
CN106010605A (zh) * 2016-08-09 2016-10-12 嘉应学院 一种水葫芦生物炭的制备方法及其应用
CN107686142A (zh) * 2017-08-25 2018-02-13 华南农业大学 造纸污泥基生物炭在去除水体中抗生素或重金属与抗生素的应用

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103058313B (zh) * 2013-01-11 2014-04-09 中国科学院南京土壤研究所 利用秸秆生物质炭去除畜禽养殖废水中土霉素的方法
KR20150139145A (ko) * 2014-06-02 2015-12-11 강원대학교산학협력단 증기 처리를 이용한 바이오차의 활성화 방법, 증기 처리로 활성화된 바이오차 및 그 제조방법

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140016670A (ko) * 2012-07-31 2014-02-10 강원대학교산학협력단 단풍잎돼지풀에서 유래한 바이오차를 이용한 수질 중 항생물질 정화방법
KR101428553B1 (ko) * 2012-11-27 2014-08-11 강원대학교산학협력단 가시박 유래 바이오차를 이용한 수중의 축산용 항생물질의 정화방법
KR20140106125A (ko) * 2013-02-26 2014-09-03 강원대학교산학협력단 증기 활성화된 가시박 바이오차를 이용한 수중 항생물질 제거방법
EP3074350A1 (en) * 2013-11-25 2016-10-05 University Of Idaho Biochar water treatment
CN103949214A (zh) * 2014-04-30 2014-07-30 华南理工大学 一种以中药渣为原料的重金属吸附活性炭及其制法与应用
CN106010605A (zh) * 2016-08-09 2016-10-12 嘉应学院 一种水葫芦生物炭的制备方法及其应用
CN107686142A (zh) * 2017-08-25 2018-02-13 华南农业大学 造纸污泥基生物炭在去除水体中抗生素或重金属与抗生素的应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Effect of steam activation of biochar produced from a giant Miscanthus on copper sorption and toxicity";Taeyong Shim et al.;《Bioresource Technology》;20150821;第197卷;第85-90页 *
"Modification of biochar derived from sawdust and its application in removal of tetracycline and copper from aqueous solution: Adsorption mechanism and modelling";Youyu Zhou et al.;《Bioresource Technology》;20170901;第245卷;第266-273页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108911008A (zh) 2018-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108911008B (zh) 去除水体中铜和四环素的方法
Tao et al. Enhanced Cd removal from aqueous solution by biologically modified biochar derived from digestion residue of corn straw silage
AU2020102333A4 (en) Method for preparing biochar from phosphoric acid-modified enteromorpha prolifera, and use of biochar in removal of cadmium
CN109225132B (zh) 生物炭基载硅吸附剂及其制备方法与应用
CN110508243B (zh) 一种生物质基多孔炭负载铁絮体吸附材料的制备方法及应用
CN112090399A (zh) 一种生物改性微米磁性生物炭吸附剂及其制备方法和应用
CN109603749B (zh) 一种改性稻草秸秆生物炭的制备方法及其应用
CN111744459A (zh) 一种去除水体中四环素的水稻秸秆改性生物炭的制备方法
CN108079949B (zh) 利用磁性猪粪生物炭去除水体中铅的方法
CN105540726A (zh) 一种磁性壳聚糖/生物炭复合材料去除废水中五价砷的方法
CN113842882A (zh) 一种去除水体中四环素的小麦秸秆改性生物炭的制备方法
CN114870800A (zh) 一种改性生物炭/凹凸棒土复合材料、制备方法及其应用
CN110280215A (zh) 一种纳米银-笋壳生物炭复合材料的制备方法及应用
CN111167417A (zh) 一种改性甘蔗渣及其制备方法和作为吸附剂的应用
CN112569900A (zh) 一种新型市政污泥生物炭的制备方法及其应用
CN113042004B (zh) 一种改性碳基材料的制备方法及其应用
CN107684898A (zh) 一种微量氧气气氛热解制备毛竹生物炭的方法
CN110813231A (zh) 一种利用入侵植物三叶鬼针草制备生物炭修复Cd、Cu污染的方法
CN116639789B (zh) 利用改性生物炭催化剂催化过硫酸盐去除废水中难降解有机物的方法
CN113477226A (zh) 一种利用壳聚糖改性生物炭去除水溶液中三价锑的方法
CN107686156A (zh) 一种高效降解水中有机污染物的Fenton方法
CN113648989B (zh) SrBi2Ta2O9在光催化降解抗生素方面的应用
CN110523378A (zh) 一种藻水分离站蓝藻藻泥制备生物质活性炭并用于尾水藻毒素吸附的用途
CN109847696A (zh) 一种高效去除水体中苯胺的载锰废菌渣生物质活性炭的制备方法
CN115121226A (zh) 一种磁性碳基FeCo双金属有机框架复合材料的制备方法及应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant