本发明专利技术涉及一种用于四环素类抗生素吸附的多级孔碳材料的制备方法，属环境保护及修复材料制备技术领域。该方法通过两步制得孔性结构良好的多级孔活性碳，将清洗、烘干处理后的柳条对其进行碳化，然后通过物理方法将其与无机碱活化剂按照一定比例充分混合，研磨至均匀；利用无机碱的活化作用，通过高温煅烧(750‑850℃)，制得具备高比表面积、高孔容积的多级孔活性碳，并将其用于四环素的吸附分离，结果表明它们对于四环素具有极好的吸附性能。制备过程中，活化温度和活化剂的用量对孔结构的影响极大，可通过它们调控孔型结构。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于四环素类抗生素吸附的多级孔碳材料的制备方法，属环境保护及修复材料制备
技术介绍
目前，抗生素被大量用在人类和动物疾病的预防和治疗上，在人类医用药物使用量中占处方药总量的6％以上，在兽药用量中更是占到70％以上。另外，在农业上也可用于促进植物生长。但是，抗生素被人或动物的吸收效果并不好，大部分未经转化分解直接经过排泄系统进入环境中，学者在地表水、地下水、沉积物和土壤中都发现有抗生素的痕迹，对生态环境造成了不同程度的危害。抗生素不易被微生物分解，这在某种意义上成为了一类新兴的持久性有机污染物。环境中的抗生素除了会造成化学污染外，更重要的是可能会诱导环境中抗性微生物和抗性基因的产生，并加速抗生素抗性的传播和扩散。这些抗性微生物可以通过直接或间接接触的方式进入人体，增强人体的耐药性，从而给人类公共健康造成威胁。越来越多的证据显示，抗性微生物和抗性基因与致病菌耐药性的产生密切相关，而致病菌耐药性的增加和扩散已经成为全球疾病治疗面临的一个巨大问题。四环素类抗生素是目前使用最广泛、用量最大的抗生素种类之一，其作用原理是通过阻碍氨酰tRNA与核糖体结合位点的结合来抑制菌体蛋白合成，进而达到抑菌作用。该类抗生素对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、立克次体和衣原体之类的微生物可发挥作用，具有广谱抗菌性和良好的治疗效果。除广泛用于医疗外，还作为兽药和促生长剂用于畜禽和水产养殖业。此外，在肉品加工过程中也添加一定的抗生素类药物用来抑制细菌的生长。由于四环素类抗生素的廉价性和广谱性，已成为环境监测中检出率最高的一类抗生素。四环素作为一种典型的杀菌型药物，属于难降解的有机物，可诱导土壤中微生物抗药性的增强，并可通过地表径流、淋溶等途径进入地表水和地下水，从而可能对人类的健康产生潜在的不利影响，并且四环素降解产物可能对环境微生物和人类产生危害。由于该类抗生素对生物过程有强烈的抑制作用，利用常规的处理方法很难达到理想的效果。近年来，多孔碳材料得到了越来越多的关注，有关的报道也持续增多，有的研究者认为多孔碳材料可以作为下一代多孔材料。一方面，制备多孔碳材料的前体种类多样，成本廉价；另一方面，碳材料一般具有较好的生物相容性，以及在无氧条件下的化学稳定性、
低密度、高传热率、高电导率和水相中的结构稳定性。使用多孔碳材料吸附去除水体中四环素等抗生素的研究具有极其重要的潜力。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种新型的多级孔碳材料的应用，该材料采用垂柳(Salix babylonica)当年生枝条作为碳源，利用无机碱进行扩孔活化以获得具有大的比表面积、孔径分布均匀的多孔碳材料，并将其应用于吸附四环素。本专利技术采用的技术方案是：一种用于四环素吸附的多孔碳材料的制备方法，按照下述步骤进行：(1)碳化采集垂柳(Salix babylonica)的当年生枝条，洗净、风干；将枝条剪为2-4cm小段，装入磁舟，在石英管式炉中用N2气流保护，以5.0-10.0℃/min升温至450-550℃，维持该温度煅烧1-2h，得到柳条基生物质碳。(2)活化将柳条基生物质碳和无机碱(KOH、NaOH)以1:1-4(质量比)的比例混合，置于玛瑙研钵中研磨至混合分散均匀，在石英管式炉中用N2气流保护，以4.0-8.0℃/min升温至700-850℃，维持该温度煅烧1-2h，得到活化的多级孔碳。将多孔碳材料用于吸附的方法是：将抗生素配制成200mg/L的水溶液，用移液管移取25ml放入聚四氟乙烯密闭容器中，然后加入制备的多级孔碳5mg，超声处理1min，使活化多孔碳在溶液中分散均匀后，将其置于298K恒温水浴中24h以达到吸附平衡。测量时使用可换膜针头式过膜器利用水相混纤膜分离吸附后的溶液，得到无吸附剂的四环素吸附残液，采用紫外/可见光谱仪(Genesys 10UV–vis，Thermo Electron Corporation，USA)测量其浓度。通过下面公式计算得到吸附容量(Qe)。 Q e = V ( C 0 - C e ) M ]]>其中Co(mg/L)和Ce(mg/L)分别是初始和平衡浓度，M(mg)为吸附剂用量，V(mL)为溶液体积。本专利技术的技术优点：本专利技术采用的吸附材料也是一种生物炭，属于环境友好材料，且物料低廉、来源广泛，柳树在我国甚至世界各地广泛栽植，生长速度快，可以保证该材料
在应用中的大规模供应。柳条具有丰富的木质纤维和输送水分及营养的孔道结构，这对多孔碳的制备极其有利。通过碳化和活化两步合成了具有高比表面积和孔容积的活性碳，并且可以利用合成过程中的活化温度和活化剂用量两个重要参数对其孔性结构进行调控。该方法制备的活性碳具备良好的稳定性和再生性能，成功应用于水环境中四环素等抗生素的分离吸附。不仅可以为废弃的柳条编制加工品提供一种循环再利用途径，也为水体中抗生素等有机污染物的吸附去除提供一种廉价、有效的吸附材料的制备方法。附图说明图1实施例1制得的多级孔碳材料的扫描电镜图(a，b)和透射电镜图(c)；从图可以看出，经过无机碱活化后在其表面上还有大量的多级孔结构。图2实施例1制得的多级孔碳材料的N2吸附-脱附等温线(a)和孔径分布图(b)。等温线为I型等温线，即微孔型，图(b)进一步确认其微孔结构。图3实施例1制得的多级孔碳材料的红外光谱图。由图可知：3420cm-1处宽峰为-OH伸缩振动峰，说明含有氢键；1578cm-1为C＝C伸缩振动峰。1440cm-1的微弱吸收峰对应于脂肪烃的C-H弯曲振动；1040cm-1的吸收峰对应于醚、醇和酚类化合物中的C-O伸缩振动。具体实施方式下面结合具体实施实例对本专利技术做进一步说明：实施例1将处理后的柳条置于磁舟，在N2保护的石英管中经过5℃/min的升温速率升至450℃后维持2h，取碳化后的柳条和氢氧化钾按1:1的质量比混合研磨均匀后，置于镍坩埚中，在N2气体保护中于石英管式炉中以8℃/min升温至750℃煅烧2h，得到多级孔碳。该多级孔碳材料BET表面积为2306.87m2/g，孔容积为1.38cm3/g，根据t-plot方法，微孔表面积为1716.26m2/g，微孔容积为0.91cm3/g，仍然属于多级孔结构，且以微孔为主。吸附试验结果表明：在298K温度条件下，实施例1所制备的孔碳材料对四环素吸附量为502.87mg/g。当初始浓度为150mg L-1时，吸附反应可以在90min内达到平衡。实施例2将处理后的柳条置于磁舟，在N2保护的石英管中经过10℃/min的升温速率升至550℃后维持1h，取碳化后的柳条和氢氧化钾按1:4的质量比混合研磨均匀后，置于镍坩埚中，在N2气体保护中于石英管式炉中以5℃/min升温至850℃煅烧1h，得到多级孔碳。
该多级孔碳材料BET(B本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于四环素类抗生素吸附的多级孔碳材料的制备方法，其特征在于，该多级孔碳材料按照下述步骤进行：(1)碳化采集垂柳的当年生枝条，洗净、风干；将枝条剪为小段，装入磁舟，在石英管式炉中用N2气流保护，煅烧得到柳条基生物质碳；(2)活化将柳条基生物质碳和无机碱混合，研磨至混合分散均匀，在石英管式炉中用N2气流保护，煅烧得到活化的多级孔碳；通过合成过程中的煅烧温度和作为活化剂的无机碱用量对多级孔碳的孔结构进行调控。
【技术特征摘要】
1.一种用于四环素类抗生素吸附的多级孔碳材料的制备方法，其特征在于，该多级孔碳材料按照下述步骤进行：(1)碳化采集垂柳的当年生枝条，洗净、风干；将枝条剪为小段，装入磁舟，在石英管式炉中用N2气流保护，煅烧得到柳条基生物质碳；(2)活化将柳条基生物质碳和无机碱混合，研磨至混合分散均匀，在石英管式炉中用N2气流保护，煅烧得到活化的多级孔碳；通过合成过程中的煅烧温度和作为活化剂的无机碱用量对多级孔碳的孔结构进行调控。2.如权利要求1所述的一种用于四环素类抗生素吸附的多级孔碳材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述小段的长度为2-4cm。3.如权利要求1所述的一种用于四环素类抗生素吸附的多级孔碳材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中...
【专利技术属性】
技术研发人员：何劲松，戴江栋，闫永胜，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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