[发明专利]一种磁性生物炭材料的制备方法及其装置和用途

说明书

本发明涉及一种磁性生物炭材料的制备方法及其装置和用途，包括如下步骤：将污水处理厂污泥进行高温无氧热解获得污泥生物炭，然后进行干法细磨获得生物炭粉末，对污泥生物炭粉末进行干式磁选，获得磁性材料，经调湿和造粒后得到的颗粒料，在保护气氛下进行高温烧结，得到烧结物料，随炉冷却，得到多孔结构的磁性生物炭材料。本发明从污泥热解产物生物炭中分离出一种磁性材料，并用于制备磁性生物炭材料用于氟喹诺酮类抗生素如环丙沙星高效吸附去除，实现了污泥生物炭的资源化利用，降低了吸附材料的制备成本，工艺简单，应用性强，具有良好的经济效益与环境效益。

技术领域

本发明涉及污泥生物炭的利用以及抗生素废水处理技术领域，尤其是一种磁性生物炭材料的制备方法及其装置和用途。

背景技术

氟喹诺酮类(fluoroquinolones,FQs)抗生素是在喹诺酮类抗生素的基础上引入氟原子开发出的，是一种全合成的广谱抗菌药。FQs在治疗由人与动物因细菌感染引起的疾病上，效果显著，具有良好的药物动力学特性，在医药行业和畜牧养殖业得到了广泛的应用。2009年，其使用量已位于抗感染药物前列，占据全球抗生素市场份额的17％。研究表明，FQs在体内的代谢率小于25％，除少部分残留在体内，75％以上以原药和代谢产物的形式经由病人与动物的粪尿排出体外。FQs进入环境后，由于其化学性质比较稳定，可通过吸附、迁移以及生物富集等一系列过程存在于各环境介质中，尤其存在于环境水体中，从而危害环境中的各类生物，诱发和传播各类抗生素耐药细菌，破坏生态环境。文献调研可知，在环境的各种水体中(污水处理厂、医院废水、养殖废水、地表水、地下水、饮用水等)均有FQs的检出。其中以环丙沙星、诺氟沙星、氧氟沙星的检出浓度较高，污染较为普遍，在地表水、地下水和废水中广泛存在(《高温堆肥对鸡粪中氟喹诺酮类抗生素的去除》，孟磊等，《农业环境科学学报》2015年第02期)。环丙沙星(CIP)作为第三代氟喹诺酮类药物，其抗菌活性强，具有很强的稳定性和抗水解能力，如何对含环丙沙星(CIP)废水的净化去除是人们关注的难点问题。

当前处理方法中，生物处理法普遍存在处理周期长，处理不彻底，代谢产物仍有抑菌活性等问题；膜处理方法主要针对颗粒污染物的去除，对于抗生素这种溶解性有机污染物去除效果一般，所以通常需要与其他技术联合应用。吸附法因在去除抗生素方面同样具有效率高，去除彻底等优点，但是当前现有吸附剂普遍存在吸附剂回收困难、制备成本高、消耗量大等不足。

发明专利申请CN103204562A公开了一种利用硫化铜吸附去除水中抗生素类污染物的方法，将含抗生素类污染物的废水调节pH至5-9，利用硫化铜床层实现吸附净化，处理成本较高且不能循环利用。发明专利CN104108764B公开了一种抗生素药物污染废水的修复方法，将褐土、潮土、红壤和黑土中的一种或两种以上混合风干后过15-30目筛，于400-600℃灼烧15-40min，得修复剂，用于对污染废水中抗生素药物的去除。该方法采用土壤低温锻烧的方法得到修改剂，不易回收利用，且不涉及污泥热解残渣生物炭的资源化利用。发明专利申请CN106362690A公开了一种磁性生物炭吸附材料及其制备方法，该制备方法包括以下步骤：(1)生物炭的制备：以植物生物质处理得到的粉末为原材料，在无氧条件下焙烧得到多孔状的生物炭；(2)三价铁前驱液的制备：以乙二醇为分散剂，向其中加入固态的三价铁盐，接着向该乙二醇中继续加入醋酸钠和表面活性剂，搅拌后形成分散系即三价铁前驱液；(3)溶剂热反应：将生物炭与三价铁前驱液两者混合均匀得到混合物，并置于聚四氟乙烯水热反应釜中，进行溶剂热反应即得到磁性生物炭吸附材料。发明专利申请CN107096500A公开了一种利用中药渣制备磁性生物炭的方法、磁性生物炭与应用，该方法将中药渣与碳酸钠浸渍预处理后，经铁盐浸渍、高温厌氧活化、洗涤干燥等处理得到磁性生物炭。本发明方法具有生产工艺简单、原材料易得、产品固液效率高等特点。上述方法中，磁性生物炭的制备过程复杂，制备成本较高。

发明内容

本发明所要解决的问题是克服现有技术存在的磁性生物炭制备过程复杂，制备成本较高的问题，提供一种磁性生物炭材料的制备方法及其装置和用途。