[发明专利]一种毫米级海藻酸钠/磷酸化生物炭复合珠子、其制备的方法及应用

说明书

本发明涉及一种毫米级海藻酸钠/磷酸化生物炭复合珠子、其制备的方法及应用，复合珠子以海藻酸钠和磷酸化生物炭为基材，利用相转移的方法，将其通过注射器泵注入氯化钙溶液中得到复合珠子，生物质玉米芯通过磷酸活化以及高温热解得到多孔磷酸化生物炭，再以海藻酸钠作为骨架支撑材料，有效地改善了生物炭的形貌尺寸，解决了粉末生物炭在运输、清洗、分离和堵塞等问题以及避免了在废水处理过程中容易流失，回收性能差的缺陷。海藻酸钠/磷酸化生物炭复合珠子具有良好的机械强度，可生物降解性，经济性以及优越的吸附性能的优点，其对抗生素环丙沙星的吸附容量达65mg/g，优于其它吸附材料。本发明制备的毫米级海藻酸钠/磷酸化生物炭复合珠子可用于对含环丙沙星废水的高效分离。

技术领域

本发明属于功能材料的技术领域，具体涉及一种毫米级海藻酸钠/磷酸化生物炭复合珠子、其制备的方法及应用。

背景技术

随着医药工业的快速发展，药物(如抗生素、非甾体抗炎药、抗抑郁药、激素)已广泛应用于医疗、个人护理、畜禽养殖等领域。然而，生活污水和工业废水的过度与不合理的排放，导致各类药物污染物流入了天然水域中。水体中含有的这些有机药物污染物具有不可生物降解性和潜在毒性，这将严重威胁着水生动物、生态系统以及人类生命健康。环丙沙星(1-环丙基-6-氟-1,4-二氢-4-氧代-7(1-哌嗪基)-3-喹啉羧酸，CAS NO:：85721-33-1)，一种典型的合成抗生素，其属于第三代氟喹诺酮类药物，由于其在水体中稳定性强和降解性差，在各类水域中经常检测到不同浓度的环丙沙星。

生物炭来源于生物质，通过高温热解制备。生物炭具有表面积大，易改性，经济高效等特点。然而，粉末状生物炭在使用过程中存在运输、清洗、分离和堵塞等问题限制了其工业应用。此外，粉末状生物炭在废水处理过程中存在容易流失，回收性能差的缺陷。海藻酸盐是一种存在于褐藻外细胞壁中的阴离子多糖。因此，海藻酸盐是天然聚合物，具有无毒以及可生物降解的特性。海藻酸盐在农业、食品技术、医药化妆品、化学工程、环境工程等领域有着广泛的应用。海藻酸钠是海藻酸的钠盐，它是一种沿聚合物主链分布有大量游离羟基和羧基的聚合物，但是单一的海藻酸钠吸附性能低，结构稳定性差。

如何有效改善生物炭的形貌尺寸以及提高生物材料海藻酸钠对抗生素环丙沙星的吸附性能，是利用生物炭和海藻酸钠高效分离水资源中环丙沙星急需解决的问题。

发明内容

为了解决粉末状生物炭吸附剂在运输、清洗、分离和堵塞等问题以及在废水处理过程中存在容易流失，回收性能差的缺陷，本发明提供一种毫米级海藻酸钠/磷酸化生物炭复合珠子、其制备的方法及应用。该复合珠子是以海藻酸钠和磷酸化生物炭为基材，利用相转移的方法，将均相混合物通过注射器泵匀速地滴入氯化钙溶液中，得到毫米级复合珠子，本发明提供的毫米级海藻酸钠/磷酸化生物炭复合珠子对抗生素环丙沙星呈现出优越的吸附性能与良好的重复使用性。另外，该复合珠子还具有良好的机械强度，可生物降解性、经济性等优点。

本发明要解决上述问题，所采用的技术方案是：

一种毫米级海藻酸钠/磷酸化生物炭复合珠子的制备方法，包括如下制备步骤：

(1)利用生物质玉米芯通过磷酸活化及高温热解制备磷酸化生物炭；

(2)将海藻酸钠溶于水中得到海藻酸钠溶液，在海藻酸钠溶液中加入预先制备的磷酸化生物炭，通过超声处理将磷酸化生物炭充分分散在海藻酸钠基质中，得到混合溶液，该混合溶液中磷酸化生物炭/海藻酸钠质量比为20～80％；当磷酸化生物炭/海藻酸钠质量比高于80％时，由于磷酸化生物炭的质量过大，会导致磷酸化生物炭聚集，这阻碍了磷酸化生物炭/海藻酸钠复合珠子的形成。

(3)利用注射器泵均速地滴入氯化钙溶液中，得到成型的海藻酸钠/磷酸活化生物炭复合水凝珠，再经真空干燥制成毫米级海藻酸钠/磷酸化生物炭复合珠子。

优选，磷酸化生物炭制备包括以下步骤：