玉米秸秆生物炭及利用其去除水中磺胺类抗生素的方法和应用
【专利摘要】本发明涉及一种玉米秸秆生物炭及利用其去除水中磺胺类抗生素的方法和应用，所述的玉米秸秆生物炭其通过以下步骤制备：1）烘干粉碎；2）放入管式气氛炉中，采用程序升温，在500~700℃条件下无氧炭化120~180min；3）在炉内冷却至室温，研磨炭灰；4）用盐酸浸泡，过滤，水洗，烘干至恒重，过筛，将该玉米秸秆生物炭作为吸附剂投入磺胺类抗生素的水体中进行吸附去除磺胺类抗生素，解决了水中抗生素难以处理的难题。同时解决了秸秆焚烧带来的环境问题，变废为宝，实现了玉米秸秆的资源化利用，具备较好的经济效益和社会效益。
【专利说明】
玉米秸秆生物炭及利用其去除水中磺胺类抗生素的方法和 应用
技术领域
[0001] 本发明涉及玉米秸杆生物炭及利用其去除水中磺胺类抗生素的方法和应用，属于 水处理技术领域。
【背景技术】
[0002] 磺胺类抗生素是一种人工合成的抗生素，是一种广谱抗生素。对大多数革兰氏阳 性和革兰氏阴性菌都有抑制作用，被广泛用于医疗和畜牧业中。具有抗菌谱广、疗效强等特 点，故广泛应用于防治人类、畜禽及水产养殖中各种细菌感染疾病。国内外诸多研究发现， 目前在地表水、地下水等自然水体中磺胺类抗生素的检出频率较高，例如:磺胺嘧啶、磺胺 氯哒嗪。由于绝大部分磺胺类抗生素不能完全被生物体吸收，磺胺类抗生素会以母体或代 谢物的形式加入土壤、水体环境，从而污染生态环境，致使在存在环境中诱导耐药性细菌， 对人类健康产生潜在危害。
[0003] 目前已经有将秸杆木炭作为磺胺吡啶和磺胺甲噁唑吸附剂的报道，但是秸杆木炭 的制备方法不同会导致吸附性能存在较大差异，其对底物的吸附也存在选择性，现有的秸 杆木炭无法达到良好的吸附效果。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种玉米秸杆生物炭其能有效的去 除水中的磺胺类抗生素，并提供利用其去除水磺胺类抗生素的方法和应用。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下： 技术方案一： 一种玉米秸杆生物炭，其关键技术在于，其通过以下步骤制备： 1) 粉碎将玉米秸杆洗净，烘干，粉碎成碎末； 2) 将玉米秸杆碎末放入管式气氛炉中，采用程序升温，在500~700°C条件下无氧炭化 120~180min; 3) 在炉内冷却至室温，研磨炭灰； 4) 用盐酸浸泡步骤3)得到的炭灰，过滤，水洗，烘干至恒重，过筛，得到玉米秸杆生物 炭。
[0006] 上述的碎末的长度小于2cm。
[0007] 上述的管式气氛炉的升温速度为l〇°C/min，气氛为N2。
[0008] 上述的碳灰为过60目筛粉末。
[0009] 上述的盐酸为lmol/L HC1，浸泡时间为4~6h。
[0010] 上述的水洗为蒸馏水洗涤至洗液为中性。
[0011] 上述的过筛为过100目筛。
[0012] 优选的，上述玉米秸杆生物炭通过以下步骤制备： 1) 将玉米秸杆洗净，风干2d，再放入烘箱在60°C下烘干12h，接着用粉碎机粉碎至2cm以 下； 2) 将玉米秸杆碎末用锡箱纸包好置于瓷坩埚中，盖好盖子放入管式气氛炉，通N2,采用 程序升温并以l〇°C/min的升温速率升至目标温度700°C，随后保持3h; 3) 在炉内自然冷却至室温后，取出用研钵研磨并过60目筛； 4) 将过筛后的产物用lmoI/L HCl处理4h，抽滤，用蒸馏水洗涤至洗液呈中性后，放入80 °C烘箱烘24h，冷却至室温过100目筛，得最终产物玉米秸杆生物炭。
[0013] 技术方案二： 一种利用技术方案一中所述的玉米秸杆生物炭去除水中磺胺类抗生素的方法，其包括 以下方法： 将玉米秸杆生物炭作为吸附剂投入磺胺类抗生素的水体中进行吸附去除磺胺类抗生 素，其中吸附的温度为10~40°C，吸附时间为10~720min，吸附平衡后溶液的pH为5.5左右，其 中水体中磺胺类抗生素的初始浓度为1~20mg/L，玉米杆炭与含磺胺类抗生素的水体的质量 比为1:100~200。
[0014] 优选的，所述吸附温度为25±2°C。
[0015]优选的，所述玉米秸杆生物炭与含磺胺类抗生素的水体的质量比为1:100~200。 [0016]技术方案三： 技术方案一中所述的玉米秸杆生物炭在去除水中磺胺类抗生素中的应用。
[0017] 与现有技术相比，本发明所取得的有益效果如下： 1. 本发明所提供的玉米秸杆生物炭表面有较为规则的孔道结构，每条孔道上有细小而 密集的微孔，孔隙结构丰富，具有巨大的比较面积，对水体中磺胺类抗生素具有明显的吸附 作用； 2. 本发明提供的玉米秸杆生物炭不含晶体矿物，灰分含量低，具有更高的活化性能，可 以吸附水体中大量的污染物，对水质净化和环境保护作出巨大的贡献； 3. 本发明利用玉米秸杆制成的生物炭做为吸附剂，对多种磺胺类抗生素均具备较好的 吸附作用，可以有效的去除水体中的磺胺类抗生素，解决了水中抗生素难以处理的难题。同 时解决了秸杆焚烧带来的环境问题，变废为宝，实现了玉米秸杆的资源化利用，具备较好的 经济效益和社会效益。
【附图说明】
[0018] 图1为本发明实施例1得到的玉米秸杆生物炭的扫描电镜SEM图； 图2为本发明实施例1得到的玉米秸杆生物炭的傅立叶红外光谱图； 图3为本发明实施例1得到的玉米秸杆生物炭的XRD图。
【具体实施方式】
[0019] 以下结合附图1-3和具体实施例对本发明进行进一步详细的叙述。
[0020] 实施例1 一种玉米猜杆生物炭，其通过以下步骤制备： 1)将玉米秸杆洗净，风干2d，再放入烘箱在60°C下烘干12h，接着用粉碎机粉碎至2cm以 下； 2) 将玉米秸杆碎末用锡箱纸包好置于瓷坩埚中，盖好盖子放入管式气氛炉，通N2,采用 程序升温并以l〇°C/min的升温速率升至目标温度700°C，随后保持3h; 3) 在炉内自然冷却至室温后，取出用研钵研磨并过60目筛； 4) 将过筛后的产物用lmoI/L HCl处理4h，抽滤，用蒸馏水洗涤至洗液呈中性后，放入80 °C烘箱烘24h，冷却至室温过100目筛，得最终产物玉米秸杆生物炭。
[0021]对本实施例所制备的玉米秸杆生物炭进行表征分析:如附图1所示为其SEM图，从 图谱上看，所制备的生物炭表面有较为规则的孔道结构，每条孔道上有细小而密集的微孔， 孔隙结构非常丰富，且其有巨大的比表面积。附图2为其傅立叶红外光谱图，从该图谱上看， 所制备的生物炭表面存在羟基、羧基、酯、酚、醚、烯烃和芳香等官能团，从伸缩振动的强度 上看，所制备的生物炭结构中含有较多的C-O单键和C=C、C=0双键。附图3为其XRD图谱，从该 图谱可以看出，所制备的生物炭不含晶体矿物，灰分含量低，具有更高活化性能。
[0022] 实施例2 利用实施例1所得到的玉米秸杆生物炭作为吸附剂，处理含磺胺嘧啶的微污染水，在 IOOmL的具塞玻璃瓶中进行吸附实验。其中，玉米杆炭生物炭和含磺胺嘧啶的水溶液的质量 比为1:100，吸附温度为25 ± 2 °C，磺胺嘧啶的初始浓度为1~20mg/L，吸附时间为3h，吸附平 衡后溶液的pH值约为5.60，处理结果见表1。
[0023] 实施例3 利用实施例1所得到的玉米秸杆生物炭作为吸附剂，处理含磺胺氯哒嗪的微污染水，在 IOOmL的具塞玻璃瓶中进行吸附实验。其中，玉米杆炭生物炭和含磺胺氯哒嗪的水溶液的质 量比为1:200，吸附温度为25 ± 2°C，磺胺氯哒嗪的初始浓度为1~20mg/L，吸附时间为3h，吸 附平衡后溶液的pH值约为5.20，处理结果见表1。
[0024]表1玉米秸杆生物炭处理结果汇总表。
[0025]以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的穷举。对 于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而 易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。
【主权项】
1. 一种玉米秸杆生物炭，其特征在于，其通过以下步骤制备： 1) 粉碎将玉米秸杆洗净，烘干，粉碎成碎末； 2) 将玉米秸杆碎末放入管式气氛炉中，采用程序升温，在500~700°C条件下无氧炭化 120~180min; 3 )在炉内冷却至室温，研磨炭灰； 4)用盐酸浸泡步骤3)得到的炭灰，过滤，水洗，烘干至恒重，过筛，得到玉米秸杆生物 炭。2. 根据权利要求1所述的一种玉米秸杆生物炭，其特征在于，所述的管式气氛炉的升温 速度为l〇°C/min，气氛为N2。3. 根据权利要求1所述的一种玉米秸杆生物炭，其特征在于，所述的炭灰为过60目筛粉 末。4. 根据权利要求1所述的一种玉米秸杆生物炭，其特征在于，所述的盐酸为lmol/L HC1，浸泡时间为4~6h，所述的水洗为蒸馏水洗涤至洗液为中性。5. 根据权利要求1所述的一种玉米秸杆生物炭，其特征在于，所述的过筛为过100目筛。6. 根据权利要求1所述的一种玉米秸杆生物炭，其特征在于，上述玉米秸杆生物炭通过 以下步骤制备： 1) 将玉米秸杆洗净，风干2d，再放入烘箱在60°C下烘干12h，接着用粉碎机粉碎至2cm以 下； 2) 将玉米秸杆碎末用锡箱纸包好置于瓷坩埚中，盖好盖子放入管式气氛炉，通N2,以10 °C/min的升温速率升至目标温度700°C，随后保持3h; 3) 在炉内自然冷却至室温后，取出用研钵研磨并过60目筛； 4) 将过筛后的产物用lmo 1 /L HC1处理4h，抽滤，用蒸馏水洗涤至洗液呈中性后，放入80 °C烘箱烘24h，冷却至室温过100目筛，得最终产物玉米秸杆生物炭。7. -种利用如权利要求1~6任一项所述的玉米秸杆生物炭去除水中磺胺类抗生素的方 法，其特征在于，其包括以下方法： 将玉米秸杆生物炭作为吸附剂投入磺胺类抗生素的水体中进行吸附去除磺胺类抗生 素，其中吸附的温度为10~40°C，吸附时间为10~720min，吸附平衡后溶液的pH为5.5左右，其 中水体中磺胺类抗生素的初始浓度为1~20mg/L，玉米杆炭与含磺胺类抗生素的水体的质量 比为1:100~200。8. 根据权利要求7所述的去除水中磺胺类抗生素的方法，其特征在于，所述吸附温度为 25±2°C。9. 根据权利要求7所述的去除水中磺胺类抗生素的方法，其特征在于，所述玉米秸杆生 物炭与含磺胺类抗生素的水体的质量比为1:100~200。10. 如权利1~6任一项所述的玉米秸杆生物炭在去除水中磺胺类抗生素中的应用。
【文档编号】B01J20/30GK106040173SQ201610448595
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月21日
【发明人】丘锦荣, 赵涛, 卢文洲, 雷育涛, 易皓, 林晓君, 曾经文
【申请人】环境保护部华南环境科学研究所