[发明专利]一种利用碱改性掺锰生物炭吸附去除水体中土霉素的方法

说明书

一种利用碱改性掺锰生物炭吸附去除水体中土霉素的方法，包括将生物炭的碱改性、碱改性生物炭的掺锰和制得的碱改性掺锰生物炭对含有土霉素的水体进行水处理。本发明的碱改性掺锰生物炭对土霉素(OTC)的去除效率是未改性掺杂BC的5倍。

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，涉及一种利用碱改性掺锰生物炭吸附去除水体中土霉素的方法。

背景技术

土霉素，又称氧四环素，英文全称Oxytetracycline，英文缩写OTC，是一种在世界范围内广泛使用的四环素化合物。中国是最大的抗生素生产国之一，生产全球65％的OTC，引起了环境问题。OTC使用可导致抗生素耐药性基因的形成，可通过水、土壤和食物运输和转化，并可能威胁人类健康。据报道，水体中存在许多抗生素和消毒剂，可导致鱼类疾病并对人类健康产生潜在有害影响，包括过敏、突变、肾病、骨髓毒性和癌症。

生物炭(简称BC)是用于去除OTC和氯四环素等抗生素的吸附剂。BC具有在缺氧气氛下产生的多能级异质结构，因其独特的多孔结构，包括含氧基团。元素掺杂被广泛应用于提高BC的电化学性质、吸附能力、氧化还原反应效率和光催化活性，引起了世界研究者的广泛关注，非金属掺杂为氮硫掺杂，金属掺杂为铁、钙、镁、钛和锰掺杂。最近的研究表明，掺杂氮(N)的BC可以通过用苯原子取代苯环中的C原子来减少BC的带隙，而金属元素相对较低的电负性(一般1.8)使得很难将这些纳入碳基质。然而，研究表明，金属掺杂可以显著提高BC的性能，因此，确定锰掺杂对BC的影响是很重要的，包括其在碳质表面的特定行为、环境中的转变和晶体形成的机制。

在众多的金属元素中，锰是一种非贵金属，已经引起了相当大的关注。BC的能量密度和比表面积受锰掺杂调节，O原子和Mn原子之间形成Mn-O键。先前的研究表明，共轭π-电子和BC部分有助于捐赠电子。最近的研究表明，锰掺杂或掺杂铁、C等其他原子可以加速电子转移，更有利于电子迁移。由于在自然环境中存在微量的锰，在自然环境中很可能会发现掺锰的BC。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用碱改性掺锰生物炭吸附去除水体中土霉素的方法。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供的技术方案是：一种利用碱改性掺锰生物炭吸附去除水体中土霉素的方法，包括下列步骤：

步骤1：将生物炭原料与NaOH固体粉末以4-6：1的质量比混合，然后进行研磨，接着在氮气气氛下的管状炉中以690-710℃热解；然后将热解后获得的材料加入到一容器中，并加入NaOH溶液，恒温震荡箱中震荡，震荡结束后用纯水反复冲洗，直至滤液溶液的pH调节至7；过滤后得到碱改性生物炭；

步骤2：向纯水中加入步骤1制得的碱改性生物炭和高锰酸钾，搅拌1.5-2.5小时，然后加热至沸腾并在该状态下15-25分钟，然后加入浓盐酸，继续搅拌15-25分钟，最后将制得的悬浮液洗至pH值为中性，悬浮液蒸发直到水完全挥发，颗粒在温度为395-405℃条件下进行热解，热解结束后即得碱改性掺锰生物炭；

步骤3：向待处理的水体中加入步骤3制得的碱改性掺锰生物炭。

优选的技术方案为：所述生物炭原料为板栗壳、秸秆、花生壳中的至少一种；所述生物炭原料与NaOH固体粉末混合之前，先清洗干净，再在75-85℃条件下干燥17-20小时，然后再研磨成粉末。

优选的技术方案为：步骤1中，以5℃/min的升温速率升温至690-710℃，然后在该温度条件下保持0.9-1.1小时。

优选的技术方案为：NaOH溶液的浓度为3mol/l；热解后获得的材料与NaOH溶液的比例为：4-6g:100ml。

优选的技术方案为：碱改性生物炭和高锰酸钾的质量比例为1.7-2.1:0.2。

优选的技术方案为：水体的pH值为3-9；水体的土霉素浓度为5-100mg/L；碱改性掺锰生物炭的用量为0.1g-0.8g/L；水体的温度为20-40℃。