[发明专利]一种氯化锌浸渍后的水稻秸秆生物炭及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氯化锌浸渍后的水稻秸秆生物炭及其制备方法，该制备方法包括以下步骤：将自然风干的水稻秸秆经微型粉碎机粉碎后过筛，制备得到粉碎后的水稻秸秆；在ZnCl₂溶液中浸渍并搅拌，过滤后在烘箱内干燥至恒重，粉碎后过筛；将上述原料置于陶瓷坩埚中在管式炉中，在氮气保护下升温，热解；冷却至室温时取出，制备得到氯化锌浸渍后的水稻秸秆生物炭。本发明利用氯化锌浸渍水稻秸秆制备成的生物炭吸附材料，能够快速高效的实现水体中氯霉素的去除。

技术领域

本发明属于抗生素的去除试剂的开发技术领域，具体地说，涉及一种氯 化锌浸渍后的水稻秸秆生物炭及其制备方法。

背景技术

抗生素是人类和动物用于治疗与感染相关疾病的强效药物，但人类医学 和动物养殖业中滥用抗生素的现象大量存在，导致环境中抗生素含量激增。 氯霉素是一种典型的光谱抗生素，造价低廉且技术工艺完善，是第三世界国 家的首选药物。氯霉素在治疗疾病的同时却可引起遗传毒性和其他副作用， 如再生障碍性粒细胞缺乏症、贫血和白细胞减少症，严重危害生态环境安全 和人类身体健康。人类和动物服用氯霉素后，高达90％的非代谢性抗生素通 过尿液和粪便排入污水，导致地表水、地下水甚至饮用水受到污染，因此在排放污水前降低氯霉素浓度尤为重要。

2017年中国水稻秸秆资源量为19.1亿吨，占全国秸秆资源总量的 22.81％，是中国农作物秸秆的重要来源。水稻秸秆资源量丰富，且有机质含 量高达80％～90％，为资源化利用提供了广阔的空间和巨大的开发潜力。然而 秸秆资源量大，密度小，给收集和资源化利用带来困难，而缺氧控温条件下 制备成生物炭，不仅可以减小体积，更可以用于污水修复，是资源化利用的 良好途径。

水体中抗生素的去除一直是学者们关注的焦点，常见的处理方法有生物 技术，化学技术和物理技术。其中，第一，污水处理厂常采用生物法进行脱 氮，而抗生素对微生物会产生抑制作用，包括抑制细胞壁合成，干扰蛋白质 合成，破坏细菌细胞膜，抑制核酸的转录和复制。研究表明，生物修复法无 法完全去除重要抗生素且耗时较长。第二，化学法主要是通过化学反应，将 抗生素降解为小分子的物质，包括氯化法和高级氧化法。高级氧化法虽然处 理效率较高，但因其选择性低，抗生素废水的复杂性可能会抑制其去除效果。 工艺会产生有毒副产品和pH依赖性。第三，常见的物理法有膜分离法和吸 附法，膜分离技术主要是将压力作为驱动力，利用膜的孔径，对抗生素进行 截留，主要包括反渗透(RO)、纳滤(NF)、微滤(MF)和超滤(UF)。其中， 微滤和超滤在分类中属于低压滤膜，对抗生素的截留率较低，通常作为其他 膜分离法的预处理手段。而反渗透和纳滤的虽然应用广泛但膜易堵塞等缺点 限制了其应用。吸附法是常用的物理处理法。物理吸附主要是通过范德华力 发挥吸附作用，而化学吸附则是通过形成化学键和电子转移进行吸附。目前 研究比较多的抗生素吸附材料主要有粘土矿物、金属有机骨架化合物、碳材 料及其改性材料。粘土矿物和金属有机骨架原料不易得，成本较高，制备流 程也较为复杂。

总之，生物修复法无法完全去除重要抗生素且耗时较长，以高级氧化法 为代表的化学去除方法会产生有毒副产品和pH依赖性，膜分离法设备成本 高且能源需求高。相较于上述方法，以生物炭为代表的吸附法操作简单，成 本低、效率高且不受潜在毒性的影响，已被证明是非常有效的有机污染物的 处理方案。吸附技术的核心和关键在于制备一种高效低廉的吸附剂。生物炭 是一种稳定的富碳产品，由生物质(如农林废弃物)在缺氧条件下热解形成， 它具有比表面积大、孔容大、介电常数高等优越特性，能够有效地实现物理 吸附和化学吸附，从而达到降低水体中有害有机物浓度的目的。