牛粪沼渣炭催化剂及利用其的抗生素的降解方法技术

一种牛粪沼渣炭催化剂及利用其的抗生素的降解方法，该牛粪沼渣炭催化剂的制备方法包括将牛粪沼渣烘干、粉碎得到干燥后的牛粪沼渣；将干燥后的牛粪沼渣热解炭化得到所述牛粪沼渣炭催化剂。本发明专利技术提供了一种高活性牛粪沼渣炭催化剂的制备方法及活化PMS去除水中的抗生素类污染物，实现了发酵副产物牛粪沼渣的高值资源化利用，符合“以废治废”的发展理念；制备工艺简单，无需改性；通过调控工艺参数，优化沼渣炭表面活性位点，建立沼渣炭结构特性与PMS活化效能之间的构效关系，提高活化性能。

【技术实现步骤摘要】
牛粪沼渣炭催化剂及利用其的抗生素的降解方法
本专利技术属于多功能水处理净化材料领域，具体涉及一种牛粪沼渣炭催化剂及利用其的抗生素的降解方法。
技术介绍
随着生物天然气产业的不断壮大，由此产生的发酵沼渣副产物的安全处置成为新的挑战。沼渣兼具资源与污染的双重属性，利用不当不仅会引发土壤、大气和水环境的安全问题，也会造成资源浪费。基于传统厌氧发酵沼渣处理方法存在安全性、稳定性及资源化利用较差等弊端。因此，亟需探寻新的增值处理方式。沼渣制备生物炭应用于水处理，是一种将其资源化、高值化利用的有效方法。目前，以沼渣生物炭为催化剂活化过硫酸盐的高级氧化技术具有成本低、反应条件温和、操作简单等优势逐渐引起关注。另外，衍生的N、S元素及矿物质元素可在炭化过程中形成额外的官能团和嵌入的杂原子，有助于改善其催化性能。虽然，已报道的污泥及餐厨沼渣炭可有效活化过硫酸盐，并在一定程度上提高了催化活性，但仍然存在一些不足。如：消化污泥重金属含量高，利用其制备碳基催化剂，增加了重金属浸出等风险。此外，还存在比表面积低、活性位点少等问题，改性处理增加了工艺成本。餐厨沼渣由于高油脂、高盐等特殊性质，使其作为生物炭的原料受到限制并存在一定安全隐患，含有的各类脂质物质在重金属的催化下可产生二噁英等污染物。此外，餐厨沼渣炭的表面活性位点及催化性能受原料类型和成分影响显著，限制了其在高级氧化水处理中的应用。近年来，抗生素造成的环境及健康问题突出。其中，磺胺不仅作为防治动物和人类细菌感染的常用药物，也普遍用于农业生产、畜牧和水产养殖等领域，由于其排放或代谢不全，在河流及地下水中频繁检出。可对人体造成泌尿系统和肾功能衰竭等危害。因此，开发新颖、经济、高活性的催化剂用于高级氧化体系，实现磺胺抗生素的降解具有重要意义。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的之一在于一种牛粪沼渣炭催化剂及利用其的抗生素的降解方法，以期解决上述技术问题中的至少之一。为了实现上述目的，作为本专利技术的一个方面，提供了一种牛粪沼渣炭炭催化剂的制备方法，包括：将牛粪沼渣烘干、粉碎后得到干燥后的牛粪沼渣；将干燥后的牛粪沼渣热解炭化得到所述牛粪沼渣炭催化剂。作为本专利技术的另一个方面，还提供了一种牛粪沼渣炭催化剂，采用如上所述的制备方法得到。作为本专利技术的又一个方面，还提供了如上所述制备方法的得到的牛粪沼渣炭或如上所述的牛粪沼渣炭在催化领域的应用。作为本专利技术的再一个方面，还提供了一种抗生素的降解方法，包括：将上述的牛粪沼渣炭催化剂加入待处理抗生素污染物溶液中，得到混合污染物溶液一；调节混合污染物溶液一的pH得到混合污染物溶液二；在混合污染物溶液二中加入PMS反应，完成对待处理抗生素污染物的降解。基于上述技术方案可知，本专利技术的牛粪沼渣炭催化剂及利用其的抗生素的降解方法相对于现有技术至少具有以下优势之一：1、本专利技术提供了一种高活性牛粪沼渣炭催化剂的制备方法及活化PMS去除水中的抗生素类污染物，实现了发酵副产物牛粪沼渣的高值资源化利用，符合“以废治废”的发展理念；制备工艺简单，无需改性；通过调控工艺参数，优化沼渣炭表面活性位点，建立沼渣炭结构特性与PMS活化效能之间的构效关系，提高活化性能；2、本专利技术所述的牛粪沼渣炭催化剂金属浸出风险低、比表面积大，缺陷结构增加、氮含量高、活性位点数多；3、本专利技术制备的牛粪沼渣炭催化剂能够同时产生1O2、·OH、SO4·-、O2·-自由基，有效促进污染物的降解；4、本专利技术制备的牛粪沼渣炭活化PMS，60min对抗生素类污染物的去除率达95％以上；连续催化降解实验表明，此催化剂表现出较高的稳定性。附图说明图1为本专利技术实施例中400℃～800℃的牛粪沼渣生物炭的扫描电镜图(SEM)；图2为本专利技术实施例中400℃～800℃的牛粪沼渣生物炭的拉曼图谱图；图3为本专利技术实施例中400℃～800℃的牛粪沼渣炭催化剂对磺胺抗生素吸附饱和下的去除率图；图4为本专利技术实施例中400℃～800℃的牛粪沼渣炭活化PMS反应60min后对磺胺甲恶唑抗生素在具体实施方式一条件下的去除率图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。基于上述所面临的问题，提出一种利用牛粪沼渣炭活化过一硫酸盐(PMS)的方法并用于磺胺抗生素废水的处理。本专利技术关于利用牛粪沼渣炭活化PMS的方法及水处理应用，该牛粪沼渣炭的制备方法包括以中温厌氧发酵后的固体牛粪沼渣为原料，经过烘干粉碎过筛后，将获得的干燥牛粪沼渣在惰性气体氛围下，进行热解炭化，冷却至室温后得到的干燥黑色固体，即为牛粪沼渣炭催化剂。本专利技术实现了牛粪沼渣的高值化、资源化利用，符合“以废治废”的发展理念；制备沼渣炭催化剂低成本、易操作、氮含量高、比表面积大，缺陷结构增加、活性位点数多，稳定性高、适用性宽泛；通过调控工艺参数，优化沼渣炭表面活性位点，建立沼渣炭结构特性与PMS活化效能之间的构效关系，提高催化性能，有效净化抗生素废水。本专利技术公开了一种牛粪沼渣炭催化剂的制备方法，包括：将牛粪沼渣烘干、粉碎、干燥后得到干燥后的牛粪沼渣；将干燥后的牛粪沼渣热解炭化得到所述牛粪沼渣炭催化剂。在本专利技术的一些实施例中，所述的牛粪沼渣包括将牛粪经过厌氧发酵后固液分离得到的固体沼渣；在本专利技术的一些实施例中，所述厌氧发酵的温度为37～38℃，例如为37℃、37.1℃、37.2℃、37.5℃、37.8℃、38℃；在本专利技术的一些实施例中，所述厌氧发酵的时间为28～35天，例如为28天、29天、30天、32天、33天、35天。在本专利技术的一些实施例中，所述烘干温度为60～90℃，例如为60℃、65℃、70℃、80℃、90℃；在本专利技术的一些实施例中，所述粉碎步骤后过60～80目筛后再干燥，筛的目数例如为60目、65目、70目、75目、80目。在本专利技术的一些实施例中，所述热解炭化的气氛为惰性气氛。在本专利技术的一些实施例中，所述热解炭化的步骤中升温速率为10～12℃/min，例如为10℃/min、11℃/min、12℃/min；气体流速为100～400mL/min，例如为100mL/min、200mL/min、300mL/min、400mL/min；升温至400～800℃，例如为400℃、450℃、500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃；停留时间为1～2h，例如为1h、1.5h、2h。本专利技术公开了一种牛粪沼渣炭催化剂，采用如上所述的制备方法得到。本专利技术公开了如上所述制备方法的得到的牛粪沼渣炭或如上所述的牛粪沼渣炭在催化领域的应用。本专利技术还公开了一种抗生素的降解方法，包括：将上述的牛粪沼渣炭催化剂加入待处理抗生素污染物溶液中，得到混合污染物溶液一；调节混合污染物溶液一的pH得到混合污染物溶液二；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种牛粪沼渣炭催化剂的制备方法，包括：/n将牛粪沼渣烘干、粉碎后得到干燥后的牛粪沼渣；/n将干燥后的牛粪沼渣热解炭化得到所述牛粪沼渣炭催化剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种牛粪沼渣炭催化剂的制备方法，包括：
将牛粪沼渣烘干、粉碎后得到干燥后的牛粪沼渣；
将干燥后的牛粪沼渣热解炭化得到所述牛粪沼渣炭催化剂。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
所述的牛粪沼渣包括将牛粪经过厌氧发酵后固液分离得到的固体沼渣；
其中，所述厌氧发酵的温度为37～38℃；
其中，所述厌氧发酵的时间为28～35天。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
所述烘干温度为60～90℃；
所述粉碎步骤后过60～80目筛后再干燥。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
所述热解炭化的气氛为惰性气氛。


5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
所述热解炭化的步骤中升温速率为10～12℃/min，气体流速为100～400mL/min，升温至400～800℃，停留时间为1～2h。

【专利技术属性】
技术研发人员：陈冠益，王燕杉，李宁，宋英今，颜蓓蓓，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12