CN114054026B - 一种抗生素菌液类芬顿催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种由抗生素菌渣絮凝、抽滤、热解而成的类芬顿催化剂。包括抗生素菌渣以及负载于抗生素菌渣热解而成的生物炭碳表面的二价铁离子和零价铁，所述抗生素菌渣生物炭与二价铁离子和零价铁紧密结合。该催化剂在通氧条件下，该材料作为催化剂，加速电芬顿反应降解污染物，在15min后可实现20mg/L的诺氟沙星的降解。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型类芬顿反应催化剂的制备方法，具体地说涉及一种难降解、难处理危险废物的抗生素菌液类芬顿催化剂及其制备方法。
背景技术
我国是抗生素使用大国，也是抗生素生产大国，每年生产总量占全球总产量的70％，约为24.8t。在抗生素生产过程中，每生产1t抗生素就能产生10t的抗生素菌液，我国每年抗生素菌渣的总产量为200多万t。然而在抗生素发酵过程中，会产生发酵残渣、发酵废水，这些废弃物含有许多抗生素。除了认识到在医疗过程和畜牧业中滥用抗生素之外，还应考虑抗生素生产过程中废水和废物中抗生素抗性基因和抗生素残留的高水平，对土壤、生态环境以及人体身体健康有潜在的危害，并且在2016年新版的《国家危险废物名录》中被列为危险废品，应该依据危险废物要求对其进行处理。因此，将大量抗生素菌渣无害化处理与资源化利用，成为了目前制药企业的一大难题。
目前，我国处理抗生素菌渣的主要方法有焚烧、填埋、能源化、饲料化、肥料化以及其他综合利用技术。这些方法存在成本较大，产生二次污染以及抗生素残留的问题。由于抗生素菌渣中含有丰富的有机质、微量元素和无机盐，通过热解这些有机物将转变成小分子物质和固定碳。
在以过氧化氢和铁离子组成的类芬顿体系中，铁离子可催化裂解过氧化氢产生羟基自由基(·OH，氧化电位～2.8V)等活性氧簇(ROS)，具有极高氧化电位的活性氧簇可无选择地降解污染物和灭活微生物。然而，单独的电类芬顿系统中，对抗生素的降解是较缓慢的，因此开发一种新的类芬顿催化剂是实现医药废物快速处理的有效途径。
目前，类芬顿体系中主要通过光，外加含二价铁溶液等方法，催化过氧化氢，产生羟基自由基，然而，这样的方法能耗较大。该种类芬顿催化剂，不仅处理了抗生素菌渣这种危险废物，在其中形成含有二价铁的化合物，作为一种高效的类芬顿催化剂。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的首要目的是提供一种类芬顿催化剂并实现医药废物快速、有效处理的新型复合材：抗生素菌渣类芬顿催化剂。在通氧条件下，该材料作为催化剂，加速电类芬顿反应降解污染物，在15min后可实现20mg/L的诺氟沙星的降解。
本发明的技术方案如下：
一种抗生素菌渣以及负载于抗生素菌液热解而成的生物炭表面的二价铁离子，所述抗生素菌渣生物炭与二价铁离子紧密结合。
本发明还包括一种抗生素菌液类芬顿催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)向抗生素菌渣中加入聚合氯化铁溶液，搅拌至其絮凝；
(2)对得到的絮凝液进行抽滤；
(3)将(2)中得到的固体，放入烘箱中，进行烘干。
(4)将烘干的固体取出，用研钵进行研磨，随后放入瓷舟中，在管式炉中，进行热解。
进一步的，所述的步骤(1)中的聚合氯化铁溶液的质量分数为2％-6％。
进一步的，所述的步骤(1)中抗生素菌液与聚合氯化铁的体积比为10:1。
进一步的，所述步骤(3)的具体步骤为：步骤(2)中超声得到的固体转移至烘箱中，烘箱温度设置为60℃，保持10h。
进一步的，所述步骤(4)中的具体步骤为：步骤(4)中研磨得到的细小颗粒转移到管式炉中，在700℃下进行热解。
进一步的，所述步骤(4)的管式炉中保持700℃的时间为2h。
本发明具有如下有益效果:
1，本发明材料具有工艺简单、成本低廉、催化效率高、降解彻底、无二次污染物、节能环保，可用于多种污染物的去除，本发明方法应用前景广阔。
2，本发明除原位合成过氧化氢外，催化剂中的二价铁离子可催化过氧化氢生成具有更高氧化还原电位的羟基自由基，可用于难降解污染物的处理，使本方法应用前景更广。
3，本发明除能够将抗生素菌液通过絮凝、抽滤、热解制成类芬顿催化剂外，还能够将抗生素菌渣该种危险废物进行无害化，资源化处理。
附图说明
图1为实施例1-3中不同热解温度的材料对诺氟沙星降解性能图。
图2为实施例3-5中不同的絮凝剂(聚合氯化铁)投加量的材料对诺氟沙星降解性能图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售商品。但不用来限制本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售商品。
实施例1：
量取200mL抗生素菌渣和20mL聚合氯化铁溶液，将200mL抗生素菌渣进行搅拌，同时加入20mL聚合氯化铁溶液，快速搅拌3min，慢速搅拌30min，进行抽滤，至抽干后转移至烘箱，在60℃，保持10h，烘干后用研钵进行研磨，研磨成细小颗粒，接着转移至管式炉中，在500℃下进行热解即得到复合材料抗生素菌渣类芬顿催化剂。
实施例2：
量取200mL抗生素菌渣和20mL聚合氯化铁溶液，将200mL抗生素菌渣进行搅拌，同时加入20mL聚合氯化铁溶液，快速搅拌3min，慢速搅拌30min，进行抽滤，至抽干后转移至烘箱，在60℃，保持10h，烘干后用研钵进行研磨，研磨成细小颗粒，接着转移至管式炉中，在600℃下进行热解即得到复合材料抗生素菌渣类芬顿催化剂。
实施例3：
量取200mL抗生素菌渣和20mL聚合氯化铁溶液，将200mL抗生素菌渣进行搅拌，同时加入20mL聚合氯化铁溶液，快速搅拌3min，慢速搅拌30min，进行抽滤，至抽干后转移至烘箱，在60℃，保持10h，烘干后用研钵进行研磨，研磨成细小颗粒，接着转移至管式炉中，在700℃下进行热解即得到复合材料抗生素菌渣类芬顿催化剂。
实施例4：
量取200mL抗生素菌渣和10mL聚合氯化铁溶液，将200mL抗生素菌渣进行搅拌，同时加入10mL聚合氯化铁溶液，快速搅拌3min，慢速搅拌30min，进行抽滤，至抽干后转移至烘箱，在60℃，保持10h，烘干后用研钵进行研磨，研磨成细小颗粒，接着转移至管式炉中，在700℃下进行热解即得到复合材料抗生素菌渣类芬顿催化剂。
实施例5：
量取200mL抗生素菌渣和5mL聚合氯化铁溶液，将200mL抗生素菌液进行搅拌，同时加入5mL聚合氯化铁溶液，快速搅拌3min，慢速搅拌30min，进行抽滤，至抽干后转移至烘箱，在60℃，保持10h，烘干后用研钵进行研磨，研磨成细小颗粒，接着转移至管式炉中，在700℃下进行热解即得到复合材料抗生素菌渣类芬顿催化剂。
图1为实施例1-3中不同热解温度的材料对诺氟沙星降解性能图，表明不同的温度下热解的类芬顿催化剂，降解诺氟沙星的性能不同。抗生素菌渣类芬顿催化剂有较好的催化性能，加强对诺氟沙星的降解。
图2为实施例3-5中不同的絮凝剂(聚合氯化铁)投加量的材料对诺氟沙星降解性能图，表明投加不同量的絮凝剂，对催化剂的性能有一定的影响。抗生素菌渣类芬顿催化剂有较好的催化性能，加强对诺氟沙星的降解。
在电类芬顿体系中，含有大量的过氧化氢，抗生素菌渣类芬顿催化剂中的二价铁离子能够催化过氧化氢产生羟基自由基，超氧阴离子等活性氧簇，有效降解医药废水中的有机物等污染物质。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种抗生素菌渣类芬顿催化剂，其特征在于：包括抗生素菌渣以及负载于抗生素菌渣热解而成的生物炭表面的二价铁离子和零价铁，所述抗生素菌渣生物炭与二价铁离子和零价铁紧密结合；
催化剂中的二价铁能够直接作为类芬顿催化剂，而其中的零价铁能够与三价铁通过反应生成二价铁继续作为类芬顿催化剂；
所述抗生素菌渣类芬顿催化剂由以下方法制得：
(1)向抗生素菌渣中加入聚合氯化铁溶液，搅拌至其絮凝；
(2)对得到的絮凝液进行抽滤；
(3)将(2)中得到的固体，放入烘箱中，进行烘干；
(4)将烘干的固体取出，用研钵进行研磨，置于管式炉中进行热解；
所述步骤(4)中于管式炉中保持500℃-700℃的时间为2h。
2.一种如权利要求1所述的抗生素菌渣类芬顿催化剂的制备方法，
其特征在于：包括以下步骤：
(1)向抗生素菌渣中加入聚合氯化铁溶液，搅拌至其絮凝；
(2)对得到的絮凝液进行抽滤；
(3)将(2)中得到的固体，放入烘箱中，进行烘干；
(4)将烘干的固体取出，用研钵进行研磨，置于管式炉中，进行热解；
所述步骤(4)中于管式炉中保持500℃-700℃的时间为2h。
3.根据权利要求2所述一种抗生素菌渣类芬顿催化剂的制备方法，其特征在于：所述的步骤(1)中的聚合氯化铁的质量分数为2％-6％。
4.根据权利要求2所述一种抗生素菌渣类芬顿催化剂的制备方法，其特征在于：所述的步骤(1)中聚合氯化铁与抗生素菌渣的体积比为1：10。
5.根据权利要求2所述一种抗生素菌渣类芬顿催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中烘箱温度设置为60℃，保持10h。
6.根据权利要求2所述一种抗生素菌渣类芬顿催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中的具体步骤为：将步骤(3)烘干的固体研磨得到的细小颗粒转移到管式炉中，在700℃下进行热解。
7.根据权利要求6所述一种抗生素菌渣类芬顿催化剂的制备方法，其特征在于：所述管式炉升温速率为5℃/min；升温时间为100-140min。
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