一种磁性菌糠生物炭及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种磁性菌糠生物炭及其制备方法和应用，属于高级氧化技术领域。尤其涉及了一种内层为菌糠，外层为Fe3O4的磁性菌糠生物炭，其能够催化PMS产生活性自由基，将污染物氧化，尤其是环丙沙星；并筛选出一套适合水解环丙沙星的条件，能够将环丙沙星降解率提高到96％以上，且具有一定的抗阴离子能力，为高级生物氧化打下一定基础。级生物氧化打下一定基础。级生物氧化打下一定基础。

【技术实现步骤摘要】
一种磁性菌糠生物炭及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于高级氧化
，具体涉及一种磁性菌糠生物炭及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，抗生素的滥用造成的对人体健康和环境的危害引起人们的广泛关注，大量喹诺酮类抗生素的使用进入环境并成为环境中新型的重要污染物之一。环丙沙星(ciprofloxacin,CIP)又名环丙氟哌酸，为合成的第三代喹诺酮类抗菌药物，具有杀菌效果好，广谱抗菌活性等特点。但是随着社会经济的发展，滥用环丙沙星的现象越来越严重。研究表明，在溪水中，环丙沙星的浓度在0.01
‑
0.03mg/L之间，其浓度在制药废水中已高达31mg/L，在工业废水中已达到了101g/L，并且它的高稳定性和抗降解性使其在环境中高度积累，通过生物降解或传统废水处理技术很难将其去除完全。还有研究发现环丙沙星会对微生物多样性及活性造成明显抑制作用，同时对微生物降解同化有机物的能力造成影响。因此寻找一种去除环丙沙星的有效方法是十分有必要的。
[0003]菌糠作为食用菌种植业的残余废料，国内产量高达1.13亿吨/年。将菌糠通过焚烧、填埋等传统方式处理，容易浪费土地资源，严重污染环境。鉴于此，研发绿色、安全、高效的菌糠资源利用方式成为亟待解决的科学技术问题。
[0004]生物炭是由生物质经热解所获得的一种碳化固体材料，具有较大的比表面积、丰富的表面官能团以及发达的空隙结构。生物炭在能源、环境领域具有广泛的应用前景。它来自生物质废料，能够极大增加生物质的经济价值，并且可以固定碳素，避免大气温室效应。因此，制备生物炭有望成为菌糠资源化利用的有效途。
[0005]生物炭在环保、能源等方面具有广泛的应用前景，但是依然存在分离回收困难等不足之处。如果没有得到有效回收，生物炭表面吸附的大量有害物质将会造成水资源的二次污染。常用的传统分离法，易引起滤网堵塞和生物炭流失；浮选法加入的浮选捕收剂容易造成二次污染。鉴于此，制备磁性生物炭便可以利用磁分离技术进行分离。这种方法可以增强生物炭选择吸附特定污染物质的能力，减少生物炭和吸附质的流失，促进资源循环利用。因此，磁性生物炭具有极为重要的社会、环境和经济价值。
[0006]传统的处理方法不能有效的降解环丙沙星，目前基于硫酸根自由基(SO4
·
‑
，E0＝2.5
‑
3.1V)的高级氧化技术(AOPs)作为一种高效处理难降解污染物的技术受到关注。过一硫酸盐(PMS)是AOPS中一种常见的氧化剂，具有化学稳定性和环境友好等优点，能通过一定的活化方式产生SO4
·
‑
。生物炭与铁纳米粒子之间的协同作用对PMS的活化起着非常重要的作用。
[0007]本文将生物废弃物香菇菌糠和高铁酸钾作为碳源和铁源，通过简单有效的一锅法制备了磁性菌糠炭，并将其用作PMS活化剂来降解环丙沙星。研究了PM S用量、材料用量、溶液初始pH、反应温度、以及共存无机阴离子对反应体系降解的影响。
[0008]因此，如何提供一种磁性菌糠生物炭及其制备方法和应用是本领域亟待解决的问
题。

技术实现思路

[0009]本专利技术公开了一种性菌糠生物炭及其制备方法和应用。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0011]一种磁性菌糠生物炭，包括内层和外层，所述内层为菌糠，外层为Fe3O4；
[0012]优选的，所述磁性菌糠生物炭比表面积为4
‑
121m2/g，孔容为0.017
‑
0.064cm3/g，孔径为1.185
‑
3.052nm；
[0013]优选的，所述磁性菌糠生物炭比表面积为60m2/g；
[0014]优选的，所述孔容为0.042cm3/g；
[0015]优选的，所述孔径为1.3nm；
[0016]优选的，700℃下，在22.98
°
、29.32
°
、35.92
°
、39.36
°
、43.12
°
47.34
°
、48.38
°
57.32
°
、60.22
°
、64.66
°
处有CaCO3晶体衍射峰；在30
°
、35.44
°
、43.18
°
、56.9
°
、62.48
°
处有Fe3O4晶体衍射峰。
[0017]如上所述的磁性菌糠生物炭在活化AOPS中氧化剂的应用；
[0018]优选的，如权利要求1所述的磁性菌糠生物炭在活化过一硫酸盐中的应用；
[0019]优选的，如权利要求1所述的磁性菌糠生物炭在降解环丙沙星中的应用。
[0020]一种磁性菌糠生物炭的使用方法，将其至于25℃
‑
45℃，pH3
‑
10，按磁性菌糠生物炭：PMS为3:5
‑
1:1的比例为降解目标底物；
[0021]优选的，磁性菌糠生物炭与PMS的比例为3:5；
[0022]优选的，磁性菌糠生物炭与PMS的比例为3:4
‑
3:7；
[0023]更优选的，磁性菌糠生物炭与PMS的比例为1:1。
[0024]优选的，所述目标底物为环丙沙星，环丙沙星浓度为10mg/L；
[0025]优选的，环境中还存在阴离子，所述阴离子为常见阴离子，浓度为10mmol/L；
[0026]优选的，常见阴离子包括Cl
‑
、HCO3‑
、NO3‑
、SO
42
‑
或HPO
42
‑
中的任意一种。
[0027]一种磁性菌糠生物炭的制备方法，包括以下步骤：
[0028]按质量比，按菌糠：高铁酸钾按10:1
‑
50:1研磨混合，在氩气流量0.5L/min，升温速率设置为5
‑
10℃/min，热解温度设置为600℃
‑
800℃，保温时间设置为2h，待自然降温后将获得的磁性菌糠炭；
[0029]优选的，按质量比，按菌糠：高铁酸钾按10:1研磨混合，升温速率设置为5℃/min，热解温度设置为700℃。
[0030]如上所述的磁性菌糠生物炭的制备方法在降解污染物中的应用；
[0031]优选的，在活化过一硫酸盐中的应用；
[0032]优选的，在降解环丙沙星中的应用。
[0033]综上所述，本专利技术公开了一种磁性菌糠生物炭及其制备方法和应用，尤其涉及了一种内层为菌糠，外层为Fe3O4的磁性菌糠生物炭，其能够催化PMS产生活性自由基，将污染物氧化，尤其是环丙沙星；并筛选出一套适合水解环丙沙星的条件，能够将环丙沙星降解率提高到96％以上，且具有一定的抗阴离子能力，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁性菌糠生物炭，包括内层和外层，所述内层为菌糠，外层为Fe3O4；优选的，所述磁性菌糠生物炭比表面积为4
‑
121m2/g，孔容为0.017
‑
0.064cm3/g，孔径为1.185
‑
3.052nm；优选的，所述磁性菌糠生物炭比表面积为60m2/g；优选的，所述孔容为0.042cm3/g；优选的，所述孔径为1.3nm；优选的，700℃下，在22.98
°
、29.32
°
、35.92
°
、39.36
°
、43.12
°
47.34
°
、48.38
°
57.32
°
、60.22
°
、64.66
°
处有CaCO3晶体衍射峰；在30
°
、35.44
°
、43.18
°
、56.9
°
、62.48
°
处有Fe3O4晶体衍射峰。2.如权利要求1所述的磁性菌糠生物炭在活化AOPS中氧化剂的应用；优选的，如权利要求1所述的磁性菌糠生物炭在活化过一硫酸盐中的应用；优选的，如权利要求1所述的磁性菌糠生物炭在降解环丙沙星中的应用。3.一种磁性菌糠生物炭的使用方法，其特征在于，将其至于25℃
‑
45℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡爱军，吉志新，高彬，张志伟，郭艾英，吕景东，田翠云，李欣玥，姬东艳，
申请(专利权)人：河北燕塞生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：