CN110723786A - 过滤式电化学反应器及去除水体中抗生素的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种过滤式电化学反应器及去除水体中抗生素的方法，该过滤式电化学反应器包括池体和过滤装置，过滤装置中以碳纳米管膜为阳极。去除水体中抗生素的方法是利用过滤式电化学反应器进行处理。本发明过滤式电化学反应器具有使用简单、操作方便、传质效率高、对污染物去除效果好等优点，能够广泛用于去除水体中的污染物，有着很好的使用价值和应用前景。本发明去除水体中抗生素的方法中，将抗生素水体以过滤的形式通过反应器即可完成对抗生素的去除，具有操作简单、成本低廉、适用范围广、处理效率高、去除率高、绿色环保等优点，能够广泛用于去除水体中的抗生素，且对不同类型的抗生素均具有较好的去除效果，是一种环境友好型电化学方法。

Description

过滤式电化学反应器及去除水体中抗生素的方法
技术领域
本发明属于水体中抗生素的处理技术领域，涉及一种过滤式电化学反应器及去除水体中抗生素的方法。
背景技术
随着城市的发展和人类活动的增加，工业副产品或污染物，如化学品、染料、药物、农药等各种有机污染物进入到水体中，使得水体污染问题日益严重并引起了广泛的关注。抗生素是使用量最大、与生物关系最为密切的化学品，不仅可以控制疾病，还可以预防动植物疾病，具有应用范围广、使用量大、频率高等特点。然而，大多数抗生素药物几乎不能被生物体完全代谢，经检测排出体外的抗生素代谢物依然具有活性，具有结构复杂、强度高、难降解等特点，成为了一类超难处理的废水。目前，在地表水、饮用水以及土壤中均可发现抗生素的痕迹，这些抗生素通过食物链的传递最终会威胁到人类的健康。
磺胺类抗生素广泛应用于人类临床实践、畜牧业、水产养殖业以及动物饲料添加剂等领域，而现有报道中指出各大湖泊、地下水流域中已检测到含量超标的磺胺类抗生素，这被磺胺类抗生素污染的磺胺类废水具有有机物浓度高、pH高、氨氮含量高等特征，且含有大量抑菌型有机物，因而较难生物降解。现有去除水中磺胺类抗生素的主要方法有混凝法、吸附法、膜处理工艺等，但是这些方法对磺胺类抗生素(如磺胺甲恶唑)的去除效果都不理想。
高级氧化技术及其组合工艺在抗生素等生物难降解废水的处理过程中有广泛的应用潜力，已经被成功的应用与处理多种不同的抗生素废水。电化学氧化法是在一定的电化学反应器内，通过一系列的化学或电化学反应将污染物降解的方法，具有操作方便、条件温和、便于控制、没有二次污染等优点，是一种环境友好型技术。然而，现有电化学氧化法中由于无法产生足够数量的自由基，因而难以快速、有效地将污染物彻底去除，无法获得理想的去除效果，不能满足实际应用需求。另外，现有电化学氧化法处理抗生素废水中，还存在处理成本高、处理效率低等问题，也限制了电化学氧化法的应用范围。因此，如何有效提高电化学氧化过程产生的自由基数量并获得一种成本低廉、处理效果高、处理效果好的去除水体中抗生素的方法，对于彻底去除抗生素污染物以及提高电化学氧化法在处理环境污染物中的应用具有重要意义，这也是目前亟需解决的技术问题。
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，提供一种使用简单、操作方便、传质效率高、对污染物去除效果好的过滤式电化学反应器，还提供了一种操作简单、成本低廉、适用范围广、处理效率高、去除率高、绿色环保的去除水体中抗生素的方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种过滤式电化学反应器，包括池体和位于池体内的过滤装置，所述过滤装置包括阳极，所述阳极为碳纳米管膜。
上述的过滤式电化学反应器，进一步改进的，所述碳纳米管膜的厚度为5μm～200μm。
上述的过滤式电化学反应器，进一步改进的，所述碳纳米管膜的制备方法包括以下步骤：将多壁碳纳米管超声分散在N,N-二甲基甲酰胺中，抽滤，得到碳纳米管膜。
上述的过滤式电化学反应器，进一步改进的，所述多壁碳纳米管的外直径为5nm～750nm；所述多壁碳纳米管的长度为10μm～20μm；所述超声分散的时间为15min～20min。
上述的过滤式电化学反应器，进一步改进的，所述阳极位于出水端；所述阳极的两侧至少有一侧设有导电网；所述导电网为不锈钢网、锡网、铜网中的至少一种。
上述的过滤式电化学反应器，进一步改进的，所述过滤装置还包括位于进水端的阴极；所述阴极为不锈钢网、锡网、铜网中的至少一种；所述阴极和阳极之间设有密封隔垫；所述阴极和池体之间设有密封隔垫；所述密封隔垫为密封橡胶垫圈、硅胶垫圈、橡胶垫片、法兰垫片中的至少一种。
作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种去除水体中抗生素的方法，采用上述的过滤式电化学反应器对抗生素进行处理。
上述的方法，进一步改进的，包括以下步骤：将抗生素水体通入到过滤式电化学反应器中进行电化学氧化降解。
上述的方法，进一步改进的，所述抗生素水体的通入速度为1mL/min～3mL/min；所述电化学氧化降解在电压为1V～3V下进行；所述电化学氧化降解在温度为15℃～45℃下进行；所述电化学氧化降解过程中往抗生素水体中加入氯化钠；所述抗生素水体中氯化钠的浓度为10mmol/L～30mmol/L。
上述的方法，进一步改进的，所述抗生素水体中的抗生素为胺类抗生素和/或四环素类抗生素；所述磺胺类抗生素为磺胺甲恶唑；所述抗生素水体中抗生素的初始浓度为5mg/L～100mg/L；所述抗生素水体的pH为3～11。
本发明中，电化学氧化降解的反应方程式为：
CNT(H+)+OX -(H2O，Cl-)→CNT+·OX(HO·，Cl·) (1)
·OX(HO·，Cl·)+SMZ→OX -+SMZOX (2)
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明提供了一种过滤式电化学反应器，包括池体和位于池体内的过滤装置，其中过滤装置包括阳极，阳极为碳纳米管膜。本发明中，碳纳米管膜由多壁碳纳米管组成，是一种新型吸附剂，具有多孔特性，且为空心结构，具有较大的比表面积和较轻的质量密度，同时它也具有优良的导电性能。在此基础上，将碳纳米管膜作为过滤式电化学反应器的阳极材料，利用碳纳米管膜良好的吸附特性将污染物吸附在阳极表面，利用碳纳米管膜优良的导电性能能够使电化学氧化过程中产生更多的自由基，并利用这些足够的自由基将阳极表面污染物彻底降解去除，且通过充分利用电极材料的内部空间，提高传质效率。本发明中，含有污染物的废水以过滤的方式通过过滤式电化学反应器即可实现对污染物的有效去除。本发明过滤式电化学反应器具有使用简单、操作方便、传质效率高、对污染物去除效果好等优点，能够广泛用于去除水体中的污染物，有着很好的使用价值和应用前景。
(2)本发明过滤式电化学反应器中，碳纳米管膜的厚度优化为5μm～200μm，不仅能够保证碳纳米管膜具有更好的强度，提高使用寿命，同时也可以保证当废水流过碳纳米管膜时，能够使废水中的污染物与碳纳米管膜充分接触反应。
(3)本发明过滤式电化学反应器中，在阳极的至少一侧设有导电网，不仅可以进一步强化碳纳米管膜的强度，同时还可以进一步加强阳极的导电作用，从而更有利于实现对污染物的有效降解。
(4)本发明还提供了一种去除水体中抗生素的方法，通过将抗生素水体通入到过滤式电化学反应器中进行电化学氧化降解即可实现对抗生素的有效去除，同时抗生素水体以过滤的形式通过过滤式电化学反应器即可完成对抗生素的去除，具有操作简单、成本低廉、适用范围广、处理效率高、去除率高、绿色环保等优点，能够广泛用于去除水体中的抗生素，且对不同类型的抗生素均具有较好的去除效果，是一种环境友好型电化学方法。
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1中过滤式电化学反应器的结构示意图。
图2为本发明实施例1中制得的碳纳米管膜的实物图。
图3为本发明实施例2中不同电压条件下对磺胺甲恶唑的去除效果图。
图4为本发明实施例4中不同pH条件下对磺胺甲恶唑的去除效果图。
图5为本发明实施例5中不同温度条件下对磺胺甲恶唑的去除效果图。
图例说明：
1、池体；2、过滤装置；21、密封隔垫；22、阴极；23、导电网；24、阳极。
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，所采用的原料和仪器均为市售，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
一种过滤式电化学反应器，如图1所示，包括池体1和位于池体1内的过滤装置2，过滤装置2包括位于进水端的阴极21和位于出水端的阳极24，其中阴极21和阳极24之间设有密封隔垫21，用于将阴极21和阳极24隔开的同时也对过滤装置2进行密封，避免漏水；阴极22和池体1之间设有密封隔垫21，用于将阴极22和池体1隔开的同时也对过滤装置2进行密封，避免漏水。
本实施例中，阳极24为碳纳米管膜，以碳纳米管膜作为阳极材料设于过滤装置2的出水端，不仅能够吸附更多的污染物(如抗生素)，同时在电化学氧化反应过程还能产生更多的自由基，从而强化对污染物分子降解作用。
本实施例中，碳纳米管膜的厚度为20μm，不仅能够保证碳纳米管膜具有较好的强度，提高使用寿命，同时也可以保证当废水流过碳纳米管膜时，能够使废水中的污染物与碳纳米管膜充分接触反应。
本实施例中，由多壁碳纳米管制备得到，具体为：将10mg多壁碳纳米管加入到50mLN,N-二甲基甲酰胺中，超声15min(超声间隙3s，空格间隙4s)，用孔径为2.44μm的PTEE膜进行真空抽滤，所得薄膜首先用50mL无水乙醇清洗，再用50mL乙醇溶液(该乙醇溶液中无水乙醇与蒸馏水的体积比为1∶1)清洗，最后再用大量蒸馏水清洗，得到碳纳米管膜。其中，多壁碳纳米管的外直径为750nm；所述多壁碳纳米管的长度为10μm～20μm。图2为本发明实施例1中制得的碳纳米管膜的实物图。由图2可知，本发明实施例1中制得的碳纳米管膜的直径为30mm。
本实施例中，在阳极24的至少一侧设置导电网23，具体为在碳纳米管膜上覆盖一侧不锈钢网，不仅可以强化碳纳米管膜的强度，提高使用寿命，同时还可以加强阳极的导电作用，从而更有利于实现对污染物的有效降解。
本实施例中，阴极22为不锈钢网；密封隔垫21为密封橡胶垫圈。
本实施例中，将碳纳米管膜装入池体1内，位于池体1的底部(出水端)；用不锈钢网压在碳纳米管膜上作为接线柱连接电极的正极，构成过滤式电化学反应器的阳极24；在构成阳极24的不锈钢网上放置一个橡胶密封垫圈，并将另一个不锈钢网压在橡胶密封垫圈上作为过滤式电化学反应器的阴极，此时橡胶密封垫圈既可以用来密封，防止漏水，也可以用来将阴极和阳极隔开，避免短路；将阴极和阳极连接电源，完成对过滤式电化学反应器的构建。使用时，含有污染物的废水以过滤的方式通过过滤式电化学反应器即可实现对污染物的有效去除，具有使用简单、操作方便、传质效率高、对污染物去除效果好等优点，能够广泛用于去除水体中的污染物，有着很好的使用价值和应用前景。
实施例2
一种去除水体中抗生素的方法，采用实施例1中的过滤式电化学反应器对抗生素进行处理，包括以下步骤：
(1)将初始浓度为5mg/L、pH为7的磺胺甲恶唑废水与氯化钠混合，得到混合溶液，其中该混合溶液中氯化钠的浓度为20mmol/L。
(2)将过滤式电化学反应器与电源连接，设置外接直流电压为0；按照通入速度为1.5mL/min，将步骤(1)中的混合溶液持续通入到过滤式电化学反应器中在温度为25℃下进行电化学氧化降解，通入时间为1h，具体为：步骤(1)中的混合溶液经由过滤式电化学反应器的进水口持续通入到反应器中，依次通过阴极和阳极，在阳极处发生吸附反应和电化学氧化反应，此时碳纳米管膜吸附磺胺甲恶唑并利用电化学氧化产生的自由基实现对磺胺甲恶唑降解去除，经处理后的混合溶液经由过滤式电化学反应器的出水口从反应器中流出，即磺胺甲恶唑废水以过滤的形式通过过滤式电化学反应器即可完成对磺胺甲恶唑的处理。
本实施例中，电压为0时对磺胺甲恶唑去除率的影响，其结果如图3所示。
同时，在相同条件下，本实施例中还考察了电压为1V、2V、3V时对磺胺甲恶唑去除率的影响，其结果如图3所示。
图3为本发明实施例2中不同电压条件下对磺胺甲恶唑的去除效果图。图3中，Ceff/Cin为出水浓度和进水浓度的比值。由图3可知，电压为0时，磺胺甲恶唑的去除率为15.52％；电压为1V时，磺胺甲恶唑的去除率为16.79％，比0V时提高了8.2％；电压为2V时，磺胺甲恶唑的去除率为76.52％，比0V时提高了393.0％；电压为3V时，磺胺甲恶唑的去除率为89.24％，比0V时提高了475.0％。由此可见，随着电压的升高，对磺胺甲恶唑的去除率也不断增大，且当电压达到3V时，已基本能够实现对抗生素的有效除去，因而无需再增加电压，有利于降低生产成本。
实施例3
一种去除水体中抗生素的方法，采用实施例1中的过滤式电化学反应器对抗生素进行处理，包括以下步骤：
(1)将初始浓度为50mg/L、pH为7的磺胺甲恶唑废水与氯化钠混合，得到混合溶液，其中该混合溶液中氯化钠的浓度为20mmol/L。
(2)将过滤式电化学反应器与电源连接，设置外接直流电压为3V；按照通入速度为1.5mL/min，将步骤(1)中的混合溶液持续通入到过滤式电化学反应器中在温度为25℃下进行电化学氧化降解，通入时间为1h，具体为步骤(1)中的混合溶液经由过滤式电化学反应器的进水口持续通入到反应器中，依次通过阴极和阳极，在阳极处发生吸附反应和电化学氧化反应，此时碳纳米管膜吸附磺胺甲恶唑并利用电化学氧化产生的自由基实现对磺胺甲恶唑降解去除，经处理后的混合溶液经由过滤式电化学反应器的出水口从反应器中流出，即磺胺甲恶唑废水以过滤的形式通过过滤式电化学反应器即可完成对磺胺甲恶唑的处理。
本实施例中，磺胺甲恶唑废水的初始浓度为50mg/L时，对磺胺甲恶唑的去除率为51.19％。
同时，在相同条件下，本实施例中还考察了磺胺甲恶唑废水的初始浓度为10mg/L、25mg/L时对磺胺甲恶唑去除率的影响，其中磺胺甲恶唑废水的初始浓度为25mg/L时，对磺胺甲恶唑的去除率为55.84％；磺胺甲恶唑废水的初始浓度为50mg/L时，对磺胺甲恶唑的去除率为63.13％。
实施例4
一种去除水体中抗生素的方法，采用实施例1中的过滤式电化学反应器对抗生素进行处理，包括以下步骤：
(1)将初始浓度为5mg/L、pH为3的磺胺甲恶唑废水与氯化钠混合，得到混合溶液，其中该混合溶液中氯化钠的浓度为20mmol/L。
(2)将过滤式电化学反应器与电源连接，设置外接直流电压为3V；按照通入速度为1.5mL/min，将步骤(1)中的混合溶液持续通入到过滤式电化学反应器中在温度为25℃下进行电化学氧化降解，通入时间为1h，具体为步骤(1)中的混合溶液经由过滤式电化学反应器的进水口持续通入到反应器中，依次通过阴极和阳极，在阳极处发生吸附反应和电化学氧化反应，此时碳纳米管膜吸附磺胺甲恶唑并利用电化学氧化产生的自由基实现对磺胺甲恶唑降解去除，经处理后的混合溶液经由过滤式电化学反应器的出水口从反应器中流出，即磺胺甲恶唑废水以过滤的形式通过过滤式电化学反应器即可完成对磺胺甲恶唑的处理。
本实施例中，磺胺甲恶唑废水的pH为3时对磺胺甲恶唑去除率的影响，其结果如图4所示。
同时，在相同条件下，本实施例中还考察了磺胺甲恶唑废水的pH为7、11时对磺胺甲恶唑去除率的影响，其结果如图4所示。
图4为本发明实施例4中不同pH条件下对磺胺甲恶唑的去除效果图。图4中，Ceff/Cin为出水浓度和进水浓度的比值。由图4可知，当pH为3时，磺胺甲恶唑的去除率为91.26％；当pH为7时，磺胺甲恶唑的去除率为89.24％；当pH为11时，磺胺甲恶唑的去除率为87.91％。由此可见，本发明方法对于不同pH的磺胺甲恶唑废水均具有较好的去除效果，且磺胺甲恶唑的去除率在85％以上，最高可达91.26％。
实施例5
一种去除水体中抗生素的方法，采用实施例1中的过滤式电化学反应器对抗生素进行处理，包括以下步骤：
(1)将初始浓度为5mg/L、pH为7的磺胺甲恶唑废水与氯化钠混合，得到混合溶液，其中该混合溶液中氯化钠的浓度为20mmol/L。
(2)将过滤式电化学反应器与电源连接，设置外接直流电压为3V；按照通入速度为1.5mL/min，将步骤(1)中的混合溶液持续通入到过滤式电化学反应器中在温度为15℃下进行电化学氧化降解，通入时间为1h，具体为步骤(1)中的混合溶液经由过滤式电化学反应器的进水口持续通入到反应器中，依次通过阴极和阳极，在阳极处发生吸附反应和电化学氧化反应，此时碳纳米管膜吸附磺胺甲恶唑并利用电化学氧化产生的自由基实现对磺胺甲恶唑降解去除，经处理后的混合溶液经由过滤式电化学反应器的出水口从反应器中流出，即磺胺甲恶唑废水以过滤的形式通过过滤式电化学反应器即可完成对磺胺甲恶唑的处理。
本实施例中，电化学氧化降解中温度为15℃时对磺胺甲恶唑去除率的影响，其结果如图5所示。
同时，在相同条件下，本实施例中还考察了电化学氧化降解中温度为25℃、35℃、45℃时对磺胺甲恶唑去除率的影响，其结果如图5所示。
图5为本发明实施例5中不同温度条件下对磺胺甲恶唑的去除效果图。图5中，Ceff/Cin为出水浓度和进水浓度的比值。由图5可知，当温度为15℃时，磺胺甲恶唑的去除率为80.56％；当温度为25℃时，磺胺甲恶唑的去除率为89.24％；当温度为35℃时，磺胺甲恶唑的去除率为92.70％；当温度为45℃时，磺胺甲恶唑的去除率为99.46％。由此可见，在不同温度条件下本发明方法均能够有效去除水体中的磺胺甲恶唑，去除率均在85％以上，最高可达到99.46％，能将磺胺甲恶唑基本完全去除。
实施例6
考察过滤式电化学反应器中碳纳米管膜的重复适用性，包括以下步骤：
(1)将初始浓度为5mg/L、pH为7的磺胺甲恶唑废水与氯化钠混合，得到混合溶液，其中该混合溶液中氯化钠的浓度为20mmol/L。
(2)将实施例1中的过滤式电化学反应器与电源连接，设置外接直流电压为3V；按照通入速度为1.5mL/min，将步骤(1)中的混合溶液持续通入到过滤式电化学反应器中在温度为25℃下进行电化学氧化降解，通入时间为1h，完成对磺胺甲恶唑的处理。
(3)分别用100mL无水乙醇、300mL蒸馏水清洗碳纳米管膜，继续用于处理磺胺甲恶唑废水。
(4)重复步骤(1)～(3)的操作3次。
经测试，第一次处理时，磺胺甲恶唑的去除率为89.24％；第二次处理时，磺胺甲恶唑的去除率为80.00％；第三次处理时，磺胺甲恶唑的去除率为72.57％；第四次处理时，磺胺甲恶唑的去除率为69.68％。由此可见，利用碳纳米管膜多次处理磺胺甲恶唑废水仍能表现出较好的去除效果，这说明将碳纳米管膜作为过滤式电化学反应器的阳极具有较好的重复适用性。
对比例1
一种去除水体中磺胺甲恶唑的方法，包括以下步骤：
(1)将初始浓度为5mg/L、pH为7的磺胺甲恶唑废水与氯化钠混合，同时加入十二烷基苯磺酸钠(SDBS)，得到混合溶液，其中该混合溶液中氯化钠的浓度为20mmol/L，SDBS的浓度为1mg/L。
(2)将实施例1中的过滤式电化学反应器与电源连接，设置外接直流电压为3V；按照通入速度为1.5mL/min，将步骤(1)中的混合溶液持续通入到过滤式电化学反应器中在温度为25℃下进行电化学氧化降解，通入时间为1h，完成对磺胺甲恶唑的处理。
经测试，对比例1中磺胺甲恶唑的去除率为82.48％，相对于不加SDBS时下降了7.58％。
对比例2
一种去除水体中磺胺甲恶唑的方法，包括以下步骤：
(1)将初始浓度为5mg/L、pH为7的磺胺甲恶唑废水与氯化钠混合，同时加入十二烷基苯磺酸钠(SDBS)，得到混合溶液，其中该混合溶液中氯化钠的浓度为20mmol/L，SDBS的浓度为1mg/L。
(2)将过滤式电化学反应器(该碳纳米管膜与实施例1中的碳纳米管膜基本相同，区别仅在于：对比例2中采用的过滤式电化学反应器中没有碳纳米管膜)与电源连接，设置外接直流电压为3V；按照通入速度为1.5mL/min，将步骤(1)中的混合溶液持续通入到过滤式电化学反应器中在温度为25℃下进行电化学氧化降解，通入时间为1h，完成对磺胺甲恶唑的处理。
经测试，对比例2中磺胺甲恶唑的去除率为74.43％，相对于具有碳纳米管膜时下降了7.58％。
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 (10)

1.一种过滤式电化学反应器，包括池体(1)和位于池体(1)内的过滤装置(2)，其特征在于，所述过滤装置(2)包括阳极(24)，所述阳极(24)为碳纳米管膜。
2.根据权利要求1所述的过滤式电化学反应器，其特征在于，所述碳纳米管膜的厚度为5μm～200μm。
3.根据权利要求2所述的过滤式电化学反应器，其特征在于，所述碳纳米管膜的制备方法包括以下步骤：将多壁碳纳米管超声分散在N,N-二甲基甲酰胺中，抽滤，得到碳纳米管膜。
4.根据权利要求3所述的过滤式电化学反应器，其特征在于，所述多壁碳纳米管的外直径为5nm～750nm；所述多壁碳纳米管的长度为10μm～20μm；所述超声分散的时间为15min～20min。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的过滤式电化学反应器，其特征在于，所述阳极(24)位于出水端；所述阳极(24)的两侧至少有一侧设有导电网(23)；所述导电网(23)为不锈钢网、锡网、铜网中的至少一种。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的过滤式电化学反应器，其特征在于，所述过滤装置(2)还包括位于进水端的阴极(22)；所述阴极(22)为不锈钢网、锡网、铜网中的至少一种；所述阴极(22)和阳极(24)之间设有密封隔垫(21)；所述阴极(22)和池体(1)之间设有密封隔垫(21)；所述密封隔垫(21)为密封橡胶垫圈、硅胶垫圈、橡胶垫片、法兰垫片中的至少一种。
7.一种去除水体中抗生素的方法，其特征在于，采用权利要求1～6中任一项所述的过滤式电化学反应器对抗生素进行处理。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：将抗生素水体通入到过滤式电化学反应器中进行电化学氧化降解。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述抗生素水体的通入速度为1mL/min～3mL/min；所述电化学氧化降解在电压为1V～3V下进行；所述电化学氧化降解在温度为15℃～45℃下进行；所述电化学氧化降解过程中往抗生素水体中加入氯化钠；所述抗生素水体中氯化钠的浓度为10mmol/L～30mmol/L。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述抗生素水体中的抗生素为胺类抗生素和/或四环素类抗生素；所述磺胺类抗生素为磺胺甲恶唑；所述抗生素水体中抗生素的初始浓度为5mg/L～100mg/L；所述抗生素水体的pH为3～11。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111646552A (zh) * 2020-05-22 2020-09-11 东华大学 一种基于单线态氧选择性降解有机污染物的流通式电化学系统及其应用
CN114504952A (zh) * 2022-03-24 2022-05-17 清华大学 双面导电膜过滤组件及净水方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2848834Y (zh) * 2005-05-24 2006-12-20 武汉大学 一种处理有机废水的装置
CN103613171A (zh) * 2013-11-26 2014-03-05 三峡大学 一种负载单壁碳纳米管不锈钢网片电极的制备方法
CN104085963A (zh) * 2014-07-15 2014-10-08 哈尔滨工业大学 一种抗生素废水的电化学联合臭氧处理装置及该装置的处理方法
CN104211138A (zh) * 2013-05-30 2014-12-17 南开大学 一种基于碳纳米管制备膜电极及其电解去除有机污染物的方法
CN104211139A (zh) * 2013-05-31 2014-12-17 南开大学 一种阴阳两极协同降解硝基苯类污染物的“三明治”型膜电极系统及方法
CN105347443A (zh) * 2015-12-03 2016-02-24 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所 一种畜禽养殖废水的处理方法
CN106565008A (zh) * 2016-10-18 2017-04-19 哈尔滨工业大学 一种降解废水中抗生素的方法
CN106698605A (zh) * 2017-02-16 2017-05-24 云南中绿文德生态环保科技股份有限公司 一种电化学处理污水中氯霉素的工艺及设备
CN108083388A (zh) * 2018-01-09 2018-05-29 广东工业大学 一种去除水中有机污染物的方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2848834Y (zh) * 2005-05-24 2006-12-20 武汉大学 一种处理有机废水的装置
CN104211138A (zh) * 2013-05-30 2014-12-17 南开大学 一种基于碳纳米管制备膜电极及其电解去除有机污染物的方法
CN104211139A (zh) * 2013-05-31 2014-12-17 南开大学 一种阴阳两极协同降解硝基苯类污染物的“三明治”型膜电极系统及方法
CN103613171A (zh) * 2013-11-26 2014-03-05 三峡大学 一种负载单壁碳纳米管不锈钢网片电极的制备方法
CN104085963A (zh) * 2014-07-15 2014-10-08 哈尔滨工业大学 一种抗生素废水的电化学联合臭氧处理装置及该装置的处理方法
CN105347443A (zh) * 2015-12-03 2016-02-24 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所 一种畜禽养殖废水的处理方法
CN106565008A (zh) * 2016-10-18 2017-04-19 哈尔滨工业大学 一种降解废水中抗生素的方法
CN106698605A (zh) * 2017-02-16 2017-05-24 云南中绿文德生态环保科技股份有限公司 一种电化学处理污水中氯霉素的工艺及设备
CN108083388A (zh) * 2018-01-09 2018-05-29 广东工业大学 一种去除水中有机污染物的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘志猛: "《炭基电催化膜降解水中四环素机理与效能研究》", 《中国博士学位论文全文数据库工程科技Ⅰ辑》 *
张佳 等: "《电化学氧化降解磺胺嘧啶模拟废水的工艺优化》", 《精细化工》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111646552A (zh) * 2020-05-22 2020-09-11 东华大学 一种基于单线态氧选择性降解有机污染物的流通式电化学系统及其应用
CN114504952A (zh) * 2022-03-24 2022-05-17 清华大学 双面导电膜过滤组件及净水方法

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