[發(fā)明專利]零價(jià)錳生物炭復(fù)合材料對(duì)水中四環(huán)素的去除

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211111471.0
• 申請(qǐng)日: 2022-09-13
• 公開（公告）號(hào): CN115282927B
• 公開（公告）日: 2023-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 龍建友;陳子楷;張發(fā)根;黃涓溪;黎洋凱;麥升霖
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣州大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J20/20
• 分類號(hào): B01J20/20;C02F1/28;C02F101/38;C02F101/34
• 代理公司: 西安鼎邁知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61263
• 代理人: 劉喜保

本發(fā)明公開了一種以甘蔗渣生物炭、零價(jià)錳為原料，采用硼氫化鈉還原法制備的零價(jià)錳生物炭復(fù)合材料(BC?nZVMn)，并提供了BC?nZVMn的制備方法以及其在去除水中四環(huán)素中的應(yīng)用。本發(fā)明通過吸附等溫模型和動(dòng)力學(xué)過程研究BC?nZVMn對(duì)四環(huán)素的吸附特性，并結(jié)合FTIR、SEM?EDS、XPS、BET等表征手段探討了吸附去除機(jī)制。結(jié)果表明，當(dāng)四環(huán)素濃度為100mg/L，反應(yīng)溫度為25℃，反應(yīng)時(shí)間為30min，初始pH＝9，BC?nZVMn投加量0.4g/L時(shí)，BC?nZVMn對(duì)四環(huán)素的去除率可達(dá)85％以上，在該條件下，BC?nZVMn對(duì)四環(huán)素最大吸附容量可達(dá)到1214.13mg/g。BC?nZVMn對(duì)水中四環(huán)素吸附效果明顯，且適用的范圍廣，可作為廢水中四環(huán)素去除的良好吸附去除劑。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于零價(jià)金屬復(fù)合材料領(lǐng)域，涉及零價(jià)錳生物炭復(fù)合材料對(duì)水中四環(huán)素的去除。

背景技術(shù)

近年來，各類抗生素因在不同水體中被頻繁檢出而受到越來越多的關(guān)注，抗生素的過度使用正嚴(yán)重威脅人類健康和生態(tài)系統(tǒng)。四環(huán)素類抗生素是廣譜抗生素，對(duì)絕大多數(shù)的原核生物、革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌都有抑制作用，還可以作為生長促進(jìn)劑被用在畜牧業(yè)中，又因其成本較低，使四環(huán)素成為了應(yīng)用最廣泛的抗生素之一。而四環(huán)素在人體內(nèi)的代謝和吸收狀況均比較差，人體內(nèi)大于70％的四環(huán)素的存在形式與活性都沒有發(fā)生變化就隨著排泄物排出。更糟糕的是，四環(huán)素不僅僅存在于土壤、地下水、地表水中，飲用水源中也有被檢測(cè)到。長期飲用含四環(huán)素的水會(huì)引起胃腸道反應(yīng)，甚至引起肝臟損傷，牙齒和骨骼的生長會(huì)受到影響，因此一種能高效去除水中四環(huán)素的技術(shù)迫切被需要。

目前，去除四環(huán)素的技術(shù)主要有吸附法、芬頓氧化法、光催化降解法、生物降解法、電化學(xué)氧化法和生物與材料結(jié)合的方法等。相較于其他方法，吸附法因?yàn)槠涞统杀尽⒌拖摹⑦m用范圍廣、效率高等特點(diǎn)，成為最被廣泛研究的方法之一。在眾多的吸附劑中，生物炭的原料來源廣泛且豐富、制備成本低、能源需求低，是一種極具前景的環(huán)境功能材料。然而原始生物炭對(duì)一些污染物的吸附性能較差，于是人們將目光轉(zhuǎn)向了改性生物炭。有研究者采用氫氧化鈉活化火炬松生物炭，活化后的生物炭在比表面積顯著增加的同時(shí)也增大了對(duì)四環(huán)素的吸附量。通過熱活化法對(duì)黏土生物炭改性，改性后的生物炭對(duì)四環(huán)素的最大吸附量提升了一倍。過去幾十年來，納米技術(shù)包括金屬納米顆粒(零價(jià)金屬、金屬氧化物和含金屬納米顆粒)、粘土礦物、石墨烯和碳納米管等材料，由于具有更大的比表面積、更多的吸附位點(diǎn)、更高的表面活性等更為優(yōu)質(zhì)的性能而受到研究人員的青睞，其中以零價(jià)金屬尤為明顯。之前大多數(shù)報(bào)道都是關(guān)于納米零價(jià)鐵、零價(jià)銅，關(guān)于零價(jià)錳的相關(guān)研究較少。零價(jià)錳具有較高的還原電位，在不存在過氧化物的情況下同樣具有較高的催化能力，納米零價(jià)錳和鳳梨葉生物炭復(fù)合材料對(duì)剛果紅有著不錯(cuò)的吸附效果。還有研究者通過零價(jià)錳活化過硫酸鹽的方法去除水中的環(huán)丙沙星，這都說明了納米零價(jià)錳在去除水中有機(jī)物的應(yīng)用中有著不錯(cuò)的效果。生物炭與零價(jià)金屬的結(jié)合能彌補(bǔ)兩種材料各自的缺點(diǎn)，生物炭可以減少零價(jià)金屬的聚集，為零價(jià)金屬的固定提供支點(diǎn)。

目前還沒有以零價(jià)錳和甘蔗渣生物炭為原料制備復(fù)合材料，并將上述復(fù)合材料應(yīng)用于對(duì)水中四環(huán)素的去除的相關(guān)研究。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明旨在制備一種零價(jià)錳生物炭復(fù)合材料以去除水中的四環(huán)素。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了以甘蔗渣生物炭、零價(jià)錳為原料，采用硼氫化鈉還原法制備的零價(jià)錳生物炭復(fù)合材料(BZ-nZVMn)以及其在不同條件下對(duì)水中四環(huán)素的去除效果。

首先，本發(fā)明以零價(jià)錳和甘蔗渣生物炭為基礎(chǔ)原料制備零價(jià)錳生物炭復(fù)合材料。

本發(fā)明所需原料包括硫酸錳(MnSO₄·H₂O)、硼氫化鈉(NaBH₄)、四環(huán)素(C₂₂H₂₄N₂O₈)、氯化鈉(NaCl)、氯化鎂(MgCl₂·6H₂O)、無水氯化鈣(CaCl₂)、稀鹽酸(HCl)和氫氧化鈉(NaOH)。