一种内部氮掺杂生物炭在臭氧条件下催化氧化四环素水处理方法技术

一种内部氮掺杂生物炭在臭氧条件下催化氧化四环素水处理方法，涉及一种水处理方法，本发明专利技术利用污泥与水葫芦共热解制备内部氮掺杂生物炭，水葫芦中的氮元素掺杂后提高了生物炭的电负性，有利于电子传递

【技术实现步骤摘要】
一种内部氮掺杂生物炭在臭氧条件下催化氧化四环素水处理方法


[0001]本专利技术涉及一种水处理方法，特别是涉及一种一种内部氮掺杂生物炭在臭氧条件下催化氧化四环素水处理方法
。

技术介绍

[0002]抗生素凭借低成本
、
毒性小，易服用的特点，广泛应用于人类治疗和动物医学等领域
。
由于新陈代谢缓慢，绝大多数抗生素会通过粪便和尿液排放到环境水体中，可能污染地表水
、
地下水
、
土壤等
。
抗生素的高亲水性和不易挥发性的特征使其在环境中持续较长时间，残留的抗生素会破坏生态系统的平衡，也会在一定程度上降低人的免疫力
。
因此，如何有效去除环境中残留的抗生素成为一个巨大的挑战
。
[0003]常见的抗生素去除技术包括：生物法
、
吸附法
、
膜分离技术和高级氧化
。
生物法只能降解小部分易降解的抗生素类污染物，具有一定的局限性，同时降解过程会产生中间产物，它们可能会保留毒性，难以去除
。
吸附法是利用吸附剂通过分子间力或化学键的作用力把污染物吸附到固相吸附剂表面从而去除的方法
。
该方法操作简单，但无法完全降解污染物，且吸附剂再生困难
。
膜分离技术去除污染物效果好，但成本高且会产生膜污染现象，无法大规模使用
。
相比之下，高级氧化技术能产生羟基自由基等活性氧物种，这些活性氧物种会与有机污染物反应而将其分解并转化为无毒的中间产物
、
水和二氧化碳
。
在高级氧化技术中，臭氧催化氧化优势明显，其氧化还原电位高，成本低廉，还可以消毒杀菌，已在工业污水处理中广泛应用
。
用碳材料替代当前金属氧化物催化剂具有明显的优势和市场前景
。
生物炭是生物质在高温和惰性气氛下，经热化学转化而形成的一类富碳产物
。
污泥作为一种生物质是污水处理过程中产量最多的副产物，需要经过填埋
、
堆肥等方法进行处理，处理过程成本高，处理效率低，在目前资源化利用的背景下，亟待开发绿色
、
可持续的污泥资源化利用技术，使其化害为利
。
因此，将污泥炭化制备成催化材料是一种可行的处理方法
。
研究证实，氮
(N)
的掺杂能有效改变碳基材料的电负性，提高电子转移能力，并产生更多的活性位点，这些都有利于提高生物炭的催化能力
。
水葫芦是一种外来入侵水生植物，同时也是含氮量最丰富的生物质之一
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种内部氮掺杂生物炭在臭氧条件下催化氧化四环素水处理方法，基于丰富的含氮量和低成本的特性，本专利技术将其用于污泥生物炭的改性，制备内部氮掺杂的生物炭，对实现水中污染物的高效去除具有重要意义，并且能够实现“以废治污”的目标
。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种内部氮掺杂生物炭在臭氧条件下催化氧化四环素水处理方法，所述方法包括以下过程：
（1）氮掺杂物炭的原料选取和制备，步骤如下：
1)
污泥原料选取：在污水处理厂使用聚丙烯酰胺（阴
、
阳离子型）作为混凝剂所产生的污泥；
2)
水葫芦原料的选取：以在富营养化的水体中野生的水葫芦为原料；
3)
污泥预处理：将工业污泥用超纯水洗净并烘干至恒重，磨碎过筛备用；
4)
水葫芦预处理：将新鲜水葫芦用水洗净（去除根，叶）并置于干燥箱中，
80 ℃
恒温干燥
24
小时，磨碎过筛备用；
5)
内部氮掺杂生物炭的制备：称取水葫芦与工业污泥（质量比在1：5至5：1之间）置于烧杯中，加水后超声振动
20
‑
50 min
，而后将烧杯放置于磁力搅拌水浴锅中，
80 ℃
水浴干燥搅拌，直至烧杯中的水分完全蒸发；将干燥后的污泥水葫芦混合粉末放置于管式炉中共热解
。
[0006]（2）氮掺杂生物炭在臭氧条件下催化氧化四环素，步骤如下：将内部氮掺杂生物炭作为催化剂加入含四环素的水溶液中，待吸附过程达到平衡后加入臭氧（
20 mL/min
‑
40 mL/min
）氧化去除四环素
。
[0007]所述的一种内部氮掺杂生物炭在臭氧条件下催化氧化四环素水处理方法，所述四环素的溶液中四环素的浓度为
20
‑
50 mg/L、
体积为
1 L
，
pH
为3‑
11
；催化剂投加量为
0.05
‑
0.2 g/L。
[0008]所述的一种内部氮掺杂生物炭在臭氧条件下催化氧化四环素水处理方法，所述步骤（3）（4）（5）中所述热解条件为惰性气体流速
0.4
‑
0.8 L/min
，升温速率为2‑
10 ℃/min
，
800 ℃
条件下持续热解
120
‑
240 min。
[0009]所述的一种内部氮掺杂生物炭在臭氧条件下催化氧化四环素水处理方法，所述臭氧催化氧化降解污染物后抽滤分离，用超纯水洗涤干净再烘干，并重复3次，得到再生的内部氮掺杂生物炭，在后续的循环使用中依然保持稳定的催化力继续使用
。
[0010]所述的一种内部氮掺杂生物炭在臭氧条件下催化氧化四环素水处理方法，，所述氮掺杂生物炭，其表面含有大孔和介孔结构，掺杂后的氮元素含量
21%
，这些氮元素大部分以官能团的形式存在于生物炭的内部，其中包括吡啶氮
、
吡咯氮和石墨氮，这些含氮官能团作为活性位点参与催化氧化反应加速了污染物的降解
。
[0011]本专利技术的优点与效果是：污泥与水葫芦共热解制备内部氮掺杂生物炭，作为催化剂在臭氧条件下能高效去除水中四环素，既可以有效降低四环素造成的环境污染，也能够实现工业污泥的资源化利用，同时有效遏制了入侵物种破坏生态系统，该方法制备的生物炭具有较强的催化活性，并且在处理实际废水中表现出较高的潜力
。
[0012]（1）本专利技术的内部氮掺杂生物炭对四环素具有较强的去除能力，剂量为
0.1 g/L
的内部氮掺杂生物炭对浓度为
25 mg/L
的四环素的去除率达
93
％
。COD
大约在
9900
的
5 L
印染废水经内部氮掺杂生物炭催化臭氧氧化3小时后，
COD
降低
60 %
，污水的可生化性提高了6倍左右
。
[0013]（2）与其他技本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种内部氮掺杂生物炭在臭氧条件下催化氧化四环素水处理方法，其特征在于，所述方法包括以下过程：（1）氮掺杂物炭的原料选取和制备，步骤如下：
1)
污泥原料选取：在污水处理厂使用聚丙烯酰胺（阴
、
阳离子型）作为混凝剂所产生的污泥；
2)
水葫芦原料的选取：以在富营养化的水体中野生的水葫芦为原料；
3)
污泥预处理：将工业污泥用超纯水洗净并烘干至恒重，磨碎过筛备用；
4)
水葫芦预处理：将新鲜水葫芦用水洗净（去除根，叶）并置于干燥箱中，
80 ℃
恒温干燥
24
小时，磨碎过筛备用；
5)
内部氮掺杂生物炭的制备：称取水葫芦与工业污泥（质量比在1：5至5：1之间）置于烧杯中，加水后超声振动
20
‑
50 min
，而后将烧杯放置于磁力搅拌水浴锅中，
80 ℃
水浴干燥搅拌，直至烧杯中的水分完全蒸发；将干燥后的污泥水葫芦混合粉末放置于管式炉中共热解；（2）氮掺杂生物炭在臭氧条件下催化氧化四环素，步骤如下：将内部氮掺杂生物炭作为催化剂加入含四环素的水溶液中，待吸附过程达到平衡后加入臭氧（
20 mL/min
‑
40 mL/min
）氧化去除四环素
。2.
根据权利要求1所述的一种内部氮掺杂生物炭在臭氧条件下催化氧化四环素水处理方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵焕新，吕明益，于慧鑫，吴丹，
申请(专利权)人：沈阳化工大学，
类型：发明
国别省市：