[发明专利]一种铁锌和磷酸改性污泥生物炭的制备及其在水中氟喹诺酮类抗生素去除中的应用

说明书

本发明公开了一种铁锌和磷酸改性污泥生物炭的制备及其在水中氟喹诺酮类抗生素去除中的应用，属于生物炭制备技术领域。该制备方法是将市政污水处理厂二沉池污泥脱水烘干后，利用高温管式炉热解，然后利用铁锌和磷酸进行改性，最后进行二次煅烧获得Fe/Zn+H₃PO₄‑SBC。本发明制备的Fe/Zn+H₃PO₄‑SBC对水中的氟喹诺酮类抗生素环丙沙星、诺氟沙星和氧氟沙星的吸附能力可达25.43‑88.73mg/g。本发明市政污泥作为原料降低了生产成本，既实现了市政污泥的资源化利用和水中抗生素的高效去除，同时具有操作简单、成本低等优点，是一种对水中氟喹诺酮类抗生素极具潜力的去除方法。

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体是涉及利用铁锌和磷酸改性的污泥生物炭作为吸附剂去除水中抗生素的方法。

背景技术

自1929年青霉素出现后，为了提高和保障人和动物的健康，抗生素的使用出现爆发性的增长。抗生素具有广谱抗菌活性，杀菌效果好的特点被广泛用于治疗细菌感染。根据市场调查结果显示，中国已成为世界上最大的抗生素生产和消费国。人和动物摄入的抗生素并不能被完全代谢和吸收，约50％-90％以原化合物或代谢物形式通过尿液和粪便排出体外，且自然衰减和传统的污水处理技术很难有效地将其完全去除而进入环境中。水中的抗生素即使极低的浓度也能够抑制藻类的生长，影响其光合作用和生长代谢，对水生生物具有潜在的内分泌干扰作用。用含抗生素的废水进行灌溉，会导致植物富集抗生素而进入食物链。环境中抗生素能够增强细菌的抗性，增强其传播性，导致细菌抗药性和超级细菌的产生，对动物和人体健康构成极大的威胁，其中环丙沙星(CIP)等已被列入欧洲水环境质量观察名单。

传统的污水处理技术不能有效去除水中的抗生素，目前的新型去除技术包括：高级氧化、生物降解和吸附技术。高级氧化降解过程则会产生大量的能耗处理成本较高，降解产生的副产物存在不确定性可能会对环境产生更加严重的二次污染；而生物降解可能存在耗时长、去除效率低、操作条件要求严格等缺点。吸附是一种经济、高效且能够大规模应用的方法。

市政污泥是市政污水处理厂的主要副产品，其日益增长和巨大产量问题给环境带来了极大的压力，有研究预测，到2020年末我国污泥产量将达到4547万吨/年，其资源化利用既是一个需要迫切解决的环境问题同时也成为当前国际相关研究领域的热点。市政污泥富含有机质使其有利于制成生物炭产品，研究表明污泥生物炭具有一定的表面积和孔隙度，对环境中的有机污染物具有一定的吸附能力。然而因抗生素具有较大的分子量和分子结构，污泥基生物炭对其吸附能力有限，可通过合适的改性方式提高其吸附能力。研究表明，铁锌和磷酸改性能够显著改善生物炭的物理化学特征，增强生物炭的吸附能力，但关于两者结合来改性污泥生物炭系统探索抗生素吸附的研究还未见报道。

发明内容

基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种处理效果好的一种铁锌和磷酸改性污泥生物炭，既可以实现市政污泥的资源化利用，又能够高效去除水中抗生素的方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种铁锌和磷酸改性污泥生物炭的制备方法，包含如下步骤：

(1)铁锌和磷酸改性污泥生物炭的制备：将二沉池市政污泥离心脱水，后烘干至恒重，磨碎，然后热解，磨碎过100-200目筛，获得污泥生物炭SBC；

(2)将步骤(1)所得SBC加入体积比为2:1-4:1的FeCl₃·6H₂O水溶液和ZnCl₂水溶液的混合溶液中，所述FeCl₃·6H₂O的质量浓度为4.8-9.6g/L，所述ZnCl₂水溶液的质量浓度为2.4g/L；所述SBC与混合溶液比例为1Kg:10L-1Kg:20L震荡24h，100℃烘干，重复上述负载过程至少3次以提高铁和锌的负载量；然后煅烧，获得铁锌改性的污泥生物炭Fe/Zn-SBC；