一种用于降解环丙沙星的铁负载型碳材料及其应用制造技术

本发明专利技术属于环境污染处理技术领域，公开了一种用于降解环丙沙星的铁负载型碳材料及其应用。所述碳材料是将葡萄糖直接溶解于水中形成的200~600mM葡萄糖溶液；所述铁负载是指高铁酸钾溶于葡萄糖水溶液中所形成的铁源物质。其制备方法为：向葡萄糖溶液中加入K2FeO4，机械搅拌，经水热反应；离心后取沉淀物烘干，保护气氛下煅烧即得。该催化剂重复利用性好、操作条件易控、原料简单易得、对各种离子和腐殖酸有较强的抗干扰能力并具有良好的吸波效果，在微波条件下能高效地活化过硫酸盐在20min内对环丙沙星降解可达100％。环丙沙星降解可达100％。

【技术实现步骤摘要】
一种用于降解环丙沙星的铁负载型碳材料及其应用


[0001]本专利技术属于环境污染处理
，具体涉及一种用于降解环丙沙星的铁负载型碳材料及其应用。

技术介绍

[0002]环丙沙星（Ciprofloxacin，CIP）环丙沙星是一种被广泛使用的氟喹诺酮类抗生素，主要应用农业、水产养殖和畜牧业。近年来，由于环丙沙星的不正当的广泛应用，其排放量逐渐增加，导致CIP大量存在于各种水环境中。同时，环丙沙星特殊的结构特点和生物难降解性，严重威胁水环境和人类健康。因此，CIP潜在的生态风险使其成为一种新型的环境污染物。
[0003]目前，对有机污染物的去除技术有吸附法、生物降解法、臭氧氧化法、膜分离法和高级氧化法等。吸附法是物理变化的过程，污染物未能被彻底分解、去除。生物降解法虽然可以实现高效降解，但存在伴随产生新污染的风险。臭氧氧化法的氧化利用率不高，耗电量大。膜分离法易造成膜孔道变形、堵塞，成本高。高级氧化法主要分为Fenton法、光催化氧化法和过硫酸盐氧化法等。
[0004]其中，环丙沙星的降解技术主要以光催化为主，但光催化无法实现大面积地处理，并且光源成本较高。专利号202010106979 .6公开了一种高效降解环丙沙星的复合光催化剂及其制备方法和应用，该方法将钒酸铟修饰溴氧化铋复合光催化剂添加到100mL的环丙沙星（10mg/L）废水中，磁力搅拌一个小时，达到吸附平衡后在可见光下进行光催化反应60min，完成对抗生素废水的降解。该方法虽然光吸收效率高，但处理时间相对较长，材料制作复杂，成本较高。专利号202110602268.2公开了一种用于抗生素降解的Sill
é
n型双金属卤氧化物的制备方法，该方法通过温和的溶剂热法可控的制备了CdBiO2Br超薄纳米片用于可见光环境下进行环丙沙星降解。该方法虽然容易控制，但合成条件严格，适应性不强，处理时间长并不能体现出其抗干扰能力。
[0005]过硫酸盐（persulfate, PDS）是一类无色或白色的结晶颗粒，可溶于水，具有较好稳定性，典型代表有过硫酸钠（Na2S2O8）。PDS在水中电离可以生成具有很强的氧化能力的过硫酸根离子（S2O
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），它的分子结构与H2O2很相近，都含有过氧基
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O
‑
O
‑
，具有较强的氧化能力。通常，SO4•‑
是由过二硫酸盐（PDS）或过一硫酸盐（PMS）通过过氧键断裂产生的。与过一硫酸盐（PMS）相比，过二硫酸盐（PDS）因其独特的对称的特殊结构、低成本、绿色高效、方便运输，并可以作为电子受体在非自由基途径中产生重要作用的特点而得到了广泛应用。因此一般通过外加能源或催化剂对PDS进行活化进而氧化有机污染物。
[0006]催化剂活化一般有过渡金属与金属氧化物活化、碳基材料活化和微波活化。前者利用过渡金属的高活性催化PDS产生自由基氧化有机污染物。但在活化过程中常常会有大量金属离子溶出，且在酸性条件下易破坏金属氧化物结构，削弱催化剂对PDS的活化能力。

技术实现思路

[0007]为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，本专利技术首要目的在于提供一种在微波化学反应体系中用于降解环丙沙星的铁负载型碳材料。该复合体对pH、各种离子和腐殖酸有较强的抗干扰能力，能保持较高效率的有机物氧化能力，对环丙沙星降解效率高。
[0008]本专利技术的另一目的在于提供上述铁负载型碳材料的应用，将该活性复合体应用到含环丙沙星的废水中，克服了环丙沙星材料毒性大、常规水处理技术难于降解的技术问题，同时也解决了催化剂难回收和氧化剂用量大的问题。
[0009]本专利技术的目的通过下述技术方案来实现：一种用于降解环丙沙星的铁负载型碳材料，所述碳材料是过期葡萄糖直接溶解于水中的葡萄糖溶液；所述铁负载是指高铁酸钾溶于葡萄糖水溶液中所形成的铁源物质。
[0010]优选地，所述葡萄糖水溶液中过期葡萄糖浓度和K2FeO4的比为200~600mM：1~10g优选为200~600mM：1.9804~7.9261g。
[0011]优选地，所述搅拌的速率为200~250rpm，搅拌的时间为1~3h。
[0012]优选地，所述水热反应温度为180~200℃，反应时间为10~12h。
[0013]优选地，所述烘干温度为60~70℃，烘干时间为24~48h。
[0014]优选地，所述离心分离的转速为3000~4000rpm，离心时间为5~10min。
[0015]优选地，所述烘干温度为60~70℃，烘干时间为24~48h。
[0016]优选地，所述N2保护氛围下煅烧温度为500~800℃。
[0017]所述的铁负载型碳材料在处理含环丙沙星废水中的应用。
[0018]进一步地，所述的铁负载型碳材料加入含环丙沙星的废水，在微波化学反应器进行氧化处理，取处理后的溶液测环丙沙星浓度。
[0019]优选地，所述反应条件在微波化学反应器当中进行，温度应设置为30~70℃，微波加热功率为400
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800w。
[0020]优选地，所述含环丙沙星的废水的初始pH为3～11；所述铁负载型碳材料在含环丙沙星废水中的浓度为0 .05～0 .4g/L；所述铁负载型碳材料中Na2S2O8在含环丙沙星废水中的浓度为0 .25～2mmol/L。
[0021]本专利技术的铁负载型碳材料由于大部分过渡金属具有易得、成本低廉、易回收、可重复使用等优点，且反应不需要消耗能源，条件温和，因此采用掺杂过渡金属Fe对过硫酸盐进行活化，通过多种变价金属Fe与过硫酸盐之间的电子转移使过硫酸盐分子分解为不同的自由基甚至非自由基（包括单线态氧和电子作用）。电子在催化剂的活性位点上发生转移使稳定的过硫酸盐活化，从而形成具有强氧化能力的铁负载型碳材料。在优异的碳材料结构与铁掺杂的作用下，形成了多价态的铁，更有利于实现过硫酸盐活化及二价铁与三价铁的循环转换，同时对有机污染物的选择性增强。与此同时，热活化可以使S2O
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‑
分子中的
‑
O
‑
O
‑
键发生断裂，产生两个SO4•‑
分子。该方法制备的铁负载型碳材料是延展型的纤维状，易形成活性位点。常规的自由基(如羟基自由基、硫酸根自由基和超氧自由基等)易被pH和天然水体中存在的离子干扰，适用范围受到限制。而本专利技术的铁负载型碳材料通过催化过硫酸盐形成的活性复合体与环丙沙星主要在材料表面发生反应，因此该活性复合体对pH、各种离子和腐殖酸有较强的抗干扰能力，能保持较高效率的有机物氧化能力。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术能够克服催化剂无法循环利
用的问题，制备磁性铁负载型碳材料具有较大的比表面积和众多的吸附位点，充分利用催化剂的大表面积的优势，高效活化过硫酸钠去除水中的环丙沙星，提高催化剂矿化能力。本专利技术的铁负载型碳材料使用碳材料包裹了Fe，金属溶出较少，绿色本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于降解环丙沙星的铁负载型碳材料的制备方法，其特征在于，将K2FeO4加入葡萄糖水溶液当中进行机械搅拌，然后进行水热反应，再经过离心分离后取沉淀物进行干燥，在保护氛围下（优选为N2）在500~800℃煅烧，冷却至室温后得到铁负载型碳材料。2.根据权利要求1所述的用于降解环丙沙星的铁负载型碳材料的制备方法，其特征在于，所述葡萄糖水溶液中过期葡萄糖浓度和K2FeO4的比为200~600mM：1~10g优选为200~600mM：1.9804~7.9261g。3.根据权利要求1所述的用于解环丙沙星的铁负载型碳材料的制备方法，其特征在于，所述机械搅拌的速率为200~250rpm，搅拌的时间为1~3h。4.根据权利要求1所述的用于解环丙沙星的铁负载型碳材料的制备方法，其特征在于，所述水热合成的反应温度为180~200℃，反应时间为10~12h；所述离心分离的转速为3000~4000rpm，离心时间为5~10min；所述烘干温度为60~70℃，烘干时间为24~48h。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：林亲铁，范馨丹，刘煜欣，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：