【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及环境功能材料领域，具体涉及锌硫共掺杂水葫芦基生物炭及其制备方法和应用。
技术介绍
1、四环素类(tc)于20世纪40年代以一种土壤细菌天然产物被发现并报道，随后很快通过临床应用被商业。它是一组耐受性良好、易于管理的广谱抗生素，已普遍应用于人类和兽医学、水产养殖和农业等领域中。但由于tc在人和动物体内不良的吸收代谢作用，使其以母体化合物形式排放，在环境中持续积累，造成水和土壤中药物慢性毒性逐步上升和耐抗生素基因不断传播，从长远上威胁着生态系统和人类健康。与此同时，还必须注意到从21世纪初至今，全球抗生素消费显著上升。包含tc在内的各类抗生素用量急剧增加，随之而来的是含高浓度tc残留物的制药废水数量的增加，对生态系统和人类健康构成更大的威胁。
2、在过去的几年中，基于过硫酸盐的高级氧化工艺(aops)被认为是水处理领域具有激烈竞争的技术，因为活化过硫酸盐(ps)的方法众多，使其能够适用于较宽ph范围的水环境，此外ps还具有易于的运输和储存、催化剂来源丰富、催化剂成本低廉等优点。目前，ps活化aops系统应用于水中tc去除已被广泛研究，然而，研究对象主要集中在浓度不高于50mg/l的tc废水，而高浓度tc制药废水中tc浓度往往高于200mg/l，需要体系具备更高的去除效率。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种锌硫共掺杂的水葫芦基生物炭及其制备方法，该生物炭作为过硫酸盐/紫外光高级氧化体系(ps/uv)的活化剂与催化剂，能实现高浓度tc废
2、本专利技术的技术方案如下：
3、本专利技术提供了锌硫共掺杂水葫芦基生物炭的制备方法，包括如下步骤：
4、(1)制备生物质原料：将水葫芦在znso4溶液中定向水培，得到生物质原料；
5、(2)制备预制生物炭：将步骤(1)得到的生物质原料进行第一次热解处理，经研磨后，得到预制生物炭；
6、(3)制备锌硫共掺杂水葫芦基生物炭：将步骤(2)制备的预制生物炭先进行去灰分处理，再进行第二次热解处理，最后经研磨、洗涤、干燥，得到锌硫共掺杂水葫芦基生物炭。
7、在一个具体实施方式中，步骤(1)中，所述水葫芦处于生长期；znso4溶液的浓度为50-1000mg/l；优选的，znso4溶液的浓度为200mg/l；定向水培的时间为10-60天；优选的，定向水培的时间为24天。
8、在一个具体实施方式中，步骤(2)中，第一次热处理的具体步骤为：在保护气氛下，以3-8℃/min的升温速率加热到400-600℃，保温1-3h，再以3-8℃/min的速率降至70-90℃，再自然冷却至室温。
9、优选的，步骤(2)中，第一次热处理的具体步骤为：在保护气氛下，以5℃/min的升温速率加热到600℃，保温2h，再以5℃/min的速率降至80℃，再自然冷却至室温。
10、优选的，保护气氛的流速为80mmhg/min。
11、在本专利技术中，保护气氛为不参与反应的气氛，例如，氮气气氛、氦气气氛、氩气气氛等等。
12、在一个具体实施方式中，步骤(3)中，去灰分处理的具体步骤为：将步骤(2)制备的预制生物炭与碱、水按质量比为1:3-5:30的比例混合，浸泡0.5-2h，混合物在80-120℃条件下加热，直到溶液混合物变成浆状停止加热。
13、优选的，所述碱为氢氧化钾和/或氢氧化钠。
14、优选的，步骤(3)中，去灰分处理的具体步骤为：将步骤(2)制备的预制生物炭与碱、水按质量比为1:4:30的比例混合，浸泡1h，混合物在100℃条件下加热，直到溶液混合物变成浆状停止加热去灰分处理后还进行干燥处理。
15、在一个具体实施方式中，步骤(3)中，第二次热解处理的具体步骤为：在保护气氛下，以3-8℃/min的升温速率升至300-400℃，保温1-3h，再以同样的速率升至750-900℃，保温1-3h，然后自然降温至40-60℃。
16、优选的，步骤(3)中，第二次热解处理的具体步骤为：在室温下，以5℃/min的升温速率升至350℃，保温1h，再以同样的速率升至800℃，保温1h，然后自然降温至45℃；洗涤的具体步骤为：用5-10wt.％盐酸洗涤至小沸腾现象消失，然后再用乙醇洗涤三至五遍，最后用水反复洗涤，直至洗涤溶液ph呈中性。
17、本专利技术还提供了由上述制备方法制备得到的锌硫共掺杂水葫芦基生物炭。
18、本专利技术还提供了所述的锌硫共掺杂水葫芦基生物炭在过硫酸盐氧化降解有机污染物或光活化过硫酸盐氧化降解有机污染物中的应用。
19、过硫酸盐高级氧化的工作原理是基于过硫酸盐分子中过氧键断裂引发链式反应，产生过硫酸根自由基、羟基自由基、超氧自由基和单线态氧等含氧物质来降解目标物。本专利技术虽只做了四环素类废水的降解实验，但基于过硫酸盐高级氧化的工作原理，本专利技术的锌硫共掺杂水葫芦基生物炭同样适用于过硫酸盐氧化降解其他有机污染物。
20、在一个具体实施方式中，所述有机污染物为四环素类抗生素；所述应用是先将锌硫共掺杂水葫芦基生物炭与四环素类抗生素废水混合20-60min，再加入过硫酸盐启动降解反应；优选的，锌硫共掺杂水葫芦基生物炭与四环素类抗生素废水混合30min。
21、在一个具体实施方式中，锌硫共掺杂水葫芦基生物炭、过硫酸盐以及四环素类抗生素的质量比为0.1-0.5:0.2-0.4:0.1-0.5；优选的，锌硫共掺杂水葫芦基生物炭、过硫酸盐以及四环素类抗生素的质量比为0.3:0.28:0.25。
22、在一个具体实施方式中。所述应用为：在黑暗条件下，将所述锌硫共掺杂水葫芦基生物炭与四环素类抗生素废水混合30min，然后加入过硫酸盐，反应持续60min后，再在紫外光条件下，继续反应至120-180min。
23、与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
24、通过硫化锌溶液定向水培水葫芦结合热解活化的方式，获得高活化及催化性能的锌硫共掺杂水葫芦基生物炭，克服了负载物质团聚、水处理过程中负载金属脱落导致二次污染等技术问题。应用于过硫酸盐降解有机污染物体系中，锌硫共掺杂水葫芦基生物炭既是过硫酸盐氧化的活化剂，又是光活化过硫酸盐氧化的催化剂，是优化pds/uv协同效应的关键，能高效降解高浓度tc废水。
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1.锌硫共掺杂水葫芦基生物炭的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的锌硫共掺杂水葫芦基生物炭的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述水葫芦处于生长期；ZnSO4溶液的浓度为50-1000mg/L；优选的，ZnSO4溶液的浓度为200mg/L；定向水培的时间为10-60天；优选的，定向水培的时间为24天。
3.根据权利要求1所述的锌硫共掺杂水葫芦基生物炭的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，第一次热处理的具体步骤为：在保护气氛下，以3-8℃/min的升温速率加热到400-600℃，保温1-3h，再以3-8℃/min的速率降至70-90℃，再自然冷却至室温。
4.根据权利要求1所述的锌硫共掺杂水葫芦基生物炭的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，去灰分处理的具体步骤为：将步骤(2)制备的预制生物炭与碱、水按质量比为1:3-5:30的比例混合，浸泡0.5-2h，混合物在80-120℃条件下加热，直到溶液混合物变成浆状停止加热。
5.根据权利要求1所述的锌硫共掺杂水葫芦基生物炭的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，第
6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法制备得到的锌硫共掺杂水葫芦基生物炭。
7.权利要求6所述的锌硫共掺杂水葫芦基生物炭在过硫酸盐氧化降解有机污染物或光活化过硫酸盐氧化降解有机污染物中的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述有机污染物为四环素类抗生素；所述应用是先将锌硫共掺杂水葫芦基生物炭与四环素类抗生素废水混合20-60min，再加入过硫酸盐启动降解反应；优选的，锌硫共掺杂水葫芦基生物炭与四环素类抗生素废水混合30min。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，锌硫共掺杂水葫芦基生物炭、过硫酸盐以及四环素类抗生素的质量比为0.1-0.5:0.2-0.4:0.1-0.5；优选的，锌硫共掺杂水葫芦基生物炭、过硫酸盐以及四环素类抗生素的质量比为0.3:0.28:0.25。
10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述应用为：在黑暗条件下，将所述锌硫共掺杂水葫芦基生物炭与四环素类抗生素废水混合30min，然后加入过硫酸盐，反应持续60min后，再在紫外光条件下，继续反应至120-180min。
...【技术特征摘要】
1.锌硫共掺杂水葫芦基生物炭的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的锌硫共掺杂水葫芦基生物炭的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述水葫芦处于生长期；znso4溶液的浓度为50-1000mg/l；优选的，znso4溶液的浓度为200mg/l；定向水培的时间为10-60天；优选的，定向水培的时间为24天。
3.根据权利要求1所述的锌硫共掺杂水葫芦基生物炭的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，第一次热处理的具体步骤为：在保护气氛下，以3-8℃/min的升温速率加热到400-600℃，保温1-3h，再以3-8℃/min的速率降至70-90℃，再自然冷却至室温。
4.根据权利要求1所述的锌硫共掺杂水葫芦基生物炭的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，去灰分处理的具体步骤为：将步骤(2)制备的预制生物炭与碱、水按质量比为1:3-5:30的比例混合，浸泡0.5-2h，混合物在80-120℃条件下加热，直到溶液混合物变成浆状停止加热。
5.根据权利要求1所述的锌硫共掺杂水葫芦基生物炭的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，第二次热解处理的具体步骤为：在保护气氛下，以3-8℃/min的升温速率升至300-400℃，保温1-3h，再以同样的速率升至750-900℃，保温1-3h，...
【专利技术属性】
技术研发人员：王盛，陈蔚洁，张兵兵，覃毅雪，安明泽，杨照，薛斌，秦舒浩，徐国敏，
申请(专利权)人：贵州省材料产业技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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