CN111453876A - 零价锌吸附水中四环素的水处理方法 - Google Patents

零价锌吸附水中四环素的水处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了零价锌吸附水中四环素的水处理方法，包括以下步骤：S1、取一定量去离子水调节PH，量取调节好PH的去离水放置于萃取设备内，依次向萃取设备内加入锌粉和TC母液，将萃取设备内配制成TC浓度为500μg·L‑1的溶液，最后将萃取设备进行封闭；S2、将S1中封闭后的萃取设备进行转速旋转，一定时间后，通过滤膜进行压滤，最后得到水样；S3、将S2中的水样通过液相色谱仪对TC浓度进行测试。本发明将零价锌应用在四环素的去除反应中，找寻一种成本低、能耗少、用途广并能快速高效降解水中四环素的新技术，从而拓宽对水中PPCPs类污染控制的路径。

Description

零价锌吸附水中四环素的水处理方法
技术领域
本发明涉及地表水处理领域，特别涉及一种零价金属吸附水中新型污染物的化学方法。
背景技术
四环素类抗生素作为药物及个人护理品（PPCPs）的一种典型污染物，其广泛应用于人类疾病治疗及畜牧业生产中。据调查，国内外滥用抗生素非常普遍。1999年欧盟共同消耗抗生素13288吨，其中65 %用于医用，29 %用于动物养殖的兽药，6 %用于动物生长促进剂。由于其在工业上大规模的生产及人畜服用后不能被全部吸收代谢，抗生素能够以原型或次级产物的形式进入环境。四环素（TC）作为一种抗菌性强、难生物降解的物质，尽管其单次进入环境含量较低，但由于长期积累并伴随着食物链的富集作用其严重影响着土壤微生物及其他动植物的化学反应特性、种群结构、营养转移方式等，对人类健康也造成了直接或间接的危害。
国内外对于四环素类抗生素污染的处理方法主要有生物法、吸附法、高级氧化法及金属还原法。活性污泥法是去除四环素采用最多的生物处理方法，该方法利用微生物的自身代谢作用来降解污染物，但是，由于四环素本身具有的生物毒性使得微生物活性大大被抑制，生物法对四环素的去除并不理想；高级氧化法是处理四环素类抗生素污染物的一种行之有效的方法，包括光催化氧化、臭氧氧化、芬顿和类芬顿氧化等，其氧化速率快，处理效果好，但成本相对其他方法较高；零价铁能够还原四环素，由于零价铁的氧化物和氢氧化物具有吸附性及Fe3+对四环素具有较好的螯合作用，零价铁对四环素的去除主要以吸附为主，还原反应次之；吸附法是四环素类抗生素去除方法中简单、常见且有效的方法，但现有研究中多以新型或改性吸附剂为主，而忽视一些现有的便捷、易实施的化学材料。
发明内容
本发明的目的在于解决现有问题，在元素周期表中，零价锌与零价铁属同周期的过渡金属，有着相似的化学反应，且已有研究表明，锌氧化物-氧化锌与铁氧化物相同能够较好吸附四环素，但零价锌活性更强，作用范围广，且价格亦低廉、材料清洁。因此，本研究将零价锌应用在四环素的去除反应中，找寻一种成本低、能耗少、用途广并能快速高效降解水中四环素的新技术，从而拓宽对水中PPCPs类污染控制的路径。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，零价锌吸附水中四环素的水处理方法，包括以下步骤：S1、取一定量去离子水调节PH，量取调节好PH的去离水放置于萃取设备内，依次向萃取设备内加入锌粉和TC母液，将萃取设备内配制成TC浓度为500 μg·L-1的溶液，最后将萃取设备进行封闭；
S2、将S1中封闭后的萃取设备进行转速旋转，一定时间后，通过滤膜进行压滤，最后得到水样；
S3、将S2中的水样通过液相色谱仪对TC浓度进行测试。
作为优选的，所述锌粉的质量浓度为1～10 g·L-1。
作为优选的，所述去离子水的PH范围为3～10。
作为优选的，所述S2中萃取设备放置于旋转培养器上进行转速旋转。
作为优选的，所述转速旋转的速度为45 r·min-1。
作为优选的，所述旋转转速的时间为10、30、60、120、180和360min。
作为优选的，所述滤膜的直径为0.22～0.45μm。
本发明的有益效果是：本研究考察了零价锌对水中四环素的吸附情况，零价锌具有价格低廉、来源广泛，环境友好等优点，零价锌能够降解水中多种类型的化合物，其反应机理主要为化学还原，尚未有吸附研究。目前，国内外研究中亦未有零价锌去除四环素的报道，本技术的提出一方面增加了四环素的降解方法，另一方面拓宽了零价锌化学反应机理，从而促进了零价锌技术在水处理领域中的工程应用。
附图说明
图1为不同投量下的零价锌对水中四环素的吸附情况；
图2为不同PH下的零价锌对水中四环素的吸附情况。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
实施例1：实验所用试剂：锌粉（分析纯）、盐酸四环素（USP）
实验所用仪器：旋转培养器（QB-328）、高效液相色谱仪（岛津LC-20A）、便携式PH计（雷磁PHB-4）、萃取设备（棕色萃取瓶）
具体实验步骤：取一定量去离子水，利用PH计测得未加任何药剂的去离子水PH为6.5，量取8 mL PH为6.5的去离子水加入棕色萃取瓶中，依次向反应瓶中加入1 g·L-1的锌粉及一定量TC母液使其初始浓度为500 μg·L-1，盖紧瓶盖，放置在旋转培养器上以45 r·min-1的转速旋转，一定时间后（本实验取样时间分别为10、30、60、120、180、360min），用针管抽取反应后溶液，并通过0.45μm的滤膜进行压滤，反应终止。压滤后水样通过液相色谱仪对TC浓度进行测试，实验重复三次。
实施例2：实验所用试剂：锌粉（分析纯）、盐酸四环素（USP）
实验所用仪器：旋转培养器（QB-328）、高效液相色谱仪（岛津LC-20A）、便携式PH计（雷磁PHB-4）、萃取设备（棕色萃取瓶）
具体实验步骤：取一定量去离子水，利用PH计测得未加任何药剂的去离子水PH为6.5，量取8 mL PH为6.5的去离子水加入棕色萃取瓶中，依次向反应瓶中加入5 g·L-1的锌粉及一定量TC母液使其初始浓度为500 μg·L-1，盖紧瓶盖，放置在旋转培养器上以45 r·min-1的转速旋转，一定时间后（本实验取样时间分别为10、30、60、120、180、360min），用针管抽取反应后溶液，并通过0.45μm的滤膜进行压滤，反应终止。压滤后水样通过液相色谱仪对TC浓度进行测试，实验重复三次。
实施例3：实验所用试剂：锌粉（分析纯）、盐酸四环素（USP）
实验所用仪器：旋转培养器（QB-328）、高效液相色谱仪（岛津LC-20A）、便携式PH计（雷磁PHB-4）、萃取设备（棕色萃取瓶）
具体实验步骤：取一定量去离子水，利用PH计测得未加任何药剂的去离子水PH为6.5，量取8 mL PH为6.5的去离子水加入棕色萃取瓶中，依次向反应瓶中加入10 g·L-1的锌粉及一定量TC母液使其初始浓度为500 μg·L-1，盖紧瓶盖，放置在旋转培养器上以45 r·min-1的转速旋转，一定时间后（本实验取样时间分别为10、30、60、120、180、360min），用针管抽取反应后溶液，并通过0.45μm的滤膜进行压滤，反应终止。压滤后水样通过液相色谱仪对TC浓度进行测试，实验重复三次。
实施例4：实验所用试剂：锌粉（分析纯）、盐酸四环素（USP）、盐酸（分析纯）、氢氧化钠（分析纯）
实验所用仪器：旋转培养器（QB-328）、高效液相色谱仪（岛津LC-20A）、便携式PH计（雷磁PHB-4）、萃取设备（棕色萃取瓶）
具体实验步骤：取一定量去离子水，加入配置的0.1mol·L-1和0.01mol·L-1盐酸或氢氧化钠溶液并利用PH计调节去离子水PH为3，量取8 mL PH为3的去离子水加入棕色萃取瓶中，依次向反应瓶中加入5 g·L-1的锌粉及一定量TC母液使其初始浓度为500 μg·L-1，盖紧瓶盖，放置在旋转培养器上以45 r·min-1的转速旋转，一定时间后（本实验取样时间分别为10、30、60、120、180、360min），用针管抽取反应后溶液，并通过0.45μm的滤膜进行压滤，反应终止。压滤后水样通过液相色谱仪对TC浓度进行测试，实验重复三次。
实施例5：实验所用试剂：锌粉（分析纯）、盐酸四环素（USP）、盐酸（分析纯）、氢氧化钠（分析纯）
实验所用仪器：旋转培养器（QB-328）、高效液相色谱仪（岛津LC-20A）、便携式PH计（雷磁PHB-4）、萃取设备（棕色萃取瓶）
具体实验步骤：取一定量去离子水，加入配置的0.1mol·L-1和0.01mol·L-1盐酸或氢氧化钠溶液并利用PH计调节去离子水PH为10，量取8 mL PH为10的去离子水加入棕色萃取瓶中，依次向反应瓶中加入5 g·L-1的锌粉及一定量TC母液使其初始浓度为500 μg·L-1，盖紧瓶盖，放置在旋转培养器上以45 r·min-1的转速旋转，一定时间后（本实验取样时间分别为10、30、60、120、180、360min），用针管抽取反应后溶液，并通过0.45μm的滤膜进行压滤，反应终止。压滤后水样通过液相色谱仪对TC浓度进行测试，实验重复三次。
从图1中可知，零价锌能够有效吸附四环素，零价锌投量为5g/L时，反应10min四环素有63.3%的吸附率，反应6h，吸附率达99%以上，四环素吸附反应速率与零价锌投量正相关，投量越大，反应速率越快。
从图2中可知，PH为3时的吸附效果最好，反应10min有88.71%的吸附率，PH为10时吸附较差，反应10min仅有36.88%的吸附率，但吸附率随时间增长逐渐增大，反应6h，吸附率已有70%以上。四环素吸附反应速率与溶液PH相关，PH越低，反应速率越快。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (7)

1.零价锌吸附水中四环素的水处理方法,其特征在于，包括以下步骤：S1、取一定量去离子水调节PH，量取调节好PH的去离水放置于萃取设备内，依次向萃取设备内加入锌粉和TC母液，将萃取设备内配制成TC浓度为500 μg·L-1的溶液，最后将萃取设备进行封闭；
S2、将S1中封闭后的萃取设备进行转速旋转，一定时间后，将萃取设备内的溶液通过滤膜进行压滤，最后得到水样；
S3、将S2中压滤后的水样通过液相色谱仪对TC浓度进行测试。
2.根据权利要求1所述的零价锌吸附水中四环素的水处理方法,其特征在于，所述锌粉的质量浓度为1～10 g·L-1。
3.根据权利要求1所述的零价锌吸附水中四环素的水处理方法,其特征在于，所述去离子水的PH范围为3～10。
4.根据权利要求1所述的零价锌吸附水中四环素的水处理方法,其特征在于，所述S2中萃取设备放置于旋转培养器上进行转速旋转。
5.根据权利要求3所述的零价锌吸附水中四环素的水处理方法,其特征在于，所述转速旋转的速度为45 r·min-1。
6.根据权利要求1所述的零价锌吸附水中四环素的水处理方法,其特征在于，所述旋转转速的时间为10、30、60、120、180和360min。
7.根据权利要求1所述的零价锌吸附水中四环素的水处理方法,其特征在于，所述滤膜的直径为0.22～0.45μm。
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