[发明专利]一种含金属污泥炭基催化材料用于催化过氧化氢高效灭菌

说明书

本发明提供了一种含金属污泥炭基催化材料的制备方法及用于催化过氧化氢高效灭菌的应用。制备方法是以污泥作为原料通过烘干、研磨、过筛步骤后与增稠剂混合，采用热解技术制备出污泥炭基材料，经酸洗后烘干得到污泥炭基催化载体；将含金属离子的溶液加入到污泥炭基催化载体中，搅拌均匀后热解得到表面改性的污泥炭基催化材料粗产物；最后采用去离子水清洗、烘干、研磨和过筛制得含金属污泥炭基催化材料；其应用为将含金属污泥炭基催化材料、过氧化氢和环境病原微生物共培养，含金属污泥炭基催化材料催化过氧化氢产生的羟基自由基能够高效杀灭环境病原微生物，实现了固体废弃物的资源化利用。

技术领域

本发明涉及一种含金属污泥炭基催化材料的制备方法和应用，适用于催化过氧化氢产生羟基自由基高效灭菌，属于病原微生物处理和固体废弃物资源化处置领域。

背景技术

抗生素是在低浓度下就能选择性地抑制某些生物生命活动的微生物次级代谢产物，及其化学半合成或全合成的衍生物。抗生素对环境病原微生物具有抑制或杀灭作用，是防治感染性疾病的重要药物。自从将磺胺类药物和青霉素引入应用以来，已经开发出大量的抗生素应用于杀灭环境病原微生物，显著降低了其引起的感染发病率和死亡率。但是随着抗生素的大量使用，多药耐药和耐药菌株的出现(特别是病原性微生物爆发)引起的相关感染已成为公众健康的新威胁。随着全球对抗生素滥用造成的危害逐渐达成共识，抗生素的地位及作用遭受怀疑，同时抗生素的使用也遭到严格的控制。因此，亟待寻求一种代替抗生素的药物来对抗环境病原微生物。

氧既是维系生命不可缺少的物质，同时有可能成为生命的杀手。活性氧自由基(reactive oxygen species，ROS)对生物有机体具有两面性，当少量的ROS存在时能够刺激微生物体内环氧化酶等一些酶的活性；但是当ROS大量存在时，过于强烈的氧化作用会氧化破坏蛋白质、核酸和脂质等生物小分子，达到杀灭微生物的目的。过氧化氢以其较低的生态毒性和无色无味等特点应用于污水处理和消毒等方面。过氧化氢属于活性氧自由基能够被用于消毒灭菌，但是微生物具有ROS响应性防御机制，低浓度的外源性过氧化氢会被病原微生物降解清除。过氧化氢能够被催化剂催化产生羟基自由基(·OH)，羟基自由基具有比过氧化氢更强的氧化活性，能够非特异性杀灭细菌而不引起细菌的耐药性。

随着我国城镇化建设的步伐越来越快，我国城镇污水处理量不断提高，城镇污水处理厂污泥产量急剧增加。污泥是污水生化处理中的副产物，目前污泥常规的处理方式有填埋、堆肥、焚烧和建材利用等。污泥热解技术是一种有效的污泥处理方式并且能回收得到有用的产物。污泥热解技术具有减少污泥体积、不产生二噁英和回收生物油等特点，从可持续发展角度考虑，污泥热解技术能最大限度的将污泥重复利用并且尽量减少有毒有害物质残留。

本发明通过相关的物理和化学方法处理污泥可以制备出含有金属元素的污泥炭基催化材料，将此催化材料应用于催化过氧化氢产生羟基自由基，可以高效的杀灭环境病原微生物，实现了固体废弃物资源化利用。

发明内容

1.所要解决的技术问题

本发明通过热解技术等物理和化学方法处理污泥可以制备出含有金属元素的污泥炭基催化材料。将此催化材料应用于催化过氧化氢，高效产生羟基自由基，羟基自由基能非特异性地氧化破坏蛋白质、核酸和脂质等生物小分子来杀灭环境病原微生物，实现了固体废弃物资源化利用。

2.技术方案

一种含金属污泥炭基催化材料的制备方法步骤如下：

步骤一：将污泥在90-150℃空气环境下烘干粉碎，经100-300目筛分后得到污泥粉末；

步骤二：上一步骤得到的污泥粉末与增稠剂聚阴离子纤维素(PAC)、羟甲基纤维素钠(CMC)或海藻酸钠混合后加入30-65wt.％蒸馏水，搅拌后挤出成型，得到直径5-8mm柱状体；