[发明专利]利用生物炭负载铁锰双金属氧化物光芬顿复合材料去除抗生素的方法

说明书

本发明公开了一种利用生物炭负载铁锰双金属氧化物光芬顿复合材料去除抗生素的方法，该方法是采用生物炭负载铁锰双金属氧化物光芬顿复合材料对抗生素进行处理，其中生物炭负载铁锰双金属氧化物光芬顿复合材料以生物炭为载体，生物炭表面负载有铁锰双金属氧化物，铁锰双金属氧化物为MnFe₂O₄。本发明利用生物炭负载铁锰双金属氧化物光芬顿复合材料去除抗生素的方法，不仅工艺简单、操作方便、成本低廉，而且处理效率高、去除效果好、应用范围广、重复利用率高、绿色环保、清洁无污染，是一种可以被广泛采用、能够高效去除抗生素的方法，具有很高的应用价值和商业价值。

技术领域

本发明属于污染环境中的高级氧化处理领域，涉及一种抗生素的处理方法，具体涉及一种利用生物炭负载铁锰双金属氧化物光芬顿复合材料去除抗生素的方法。

背景技术

自从1928年发现盘尼西林以来，为了治疗细菌感染，大量的抗生素被用于环境中和人体，由此造成了一些严重的负面影响。面对抗生素的挑战，一些超级细菌产生了抗性，不仅减弱了抗生素的杀菌效果，由此也增加了人类受细菌感染的生态风险。如，四环素是一种典型的抗生素，其使用量长期居于抗生素的前列，因此水体中四环素的去除成为了公众普遍关注的环境问题。

近年来，高级氧化技术受到人们越来越多地关注。芬顿技术作为一种著名的高级氧化技术，其高效的去除效果、简洁的操作程序获得了科研工作者普遍的青睐。传统的芬顿反应是通过溶液中的亚铁离子催化过氧化氢产生羟基自由基和超氧自由基，产生的活性自由基通过和污染物接触将其氧化降解。但是，传统的均相芬顿技术存在一些严重的问题，首先，均相芬顿反应要求在酸性条件下才能进行，增加了酸化成本；其次，均相芬顿反应过程中铁离子无法回收，催化过程不能重复进行，增加了操作成本；最后，体系中残留的大量铁离子不符合排放标准，造成二次污染，如果中和处理，也会提高成本，产生的大量铁污泥也需处理。因此，多项芬顿体系和光芬顿体系便发展起来。多项芬顿体系中，最常见的一类材料便是天然含铁矿物，比如赤铁矿、针铁矿、褐铁矿和磁铁矿等铁氧化物，这些展现出一定的芬顿催化功能，相比于均相芬顿体系，多项芬顿体系中允许催化剂在接近中性的条件下进行催化反应来实现对污染物的降解，也有利于材料回收利用，且催化完成后，在体系中不会残存高浓度的铁离子；但是，多项芬顿体系的催化性能比均相芬顿体系差，对过氧化氢的利用率低，很难达到实际应用水平。芬顿催化的关键一步，就是三价铁离子转换成二价铁离子的速率，该过程与含铁材料的形态结构有很大关系，例如不同种类的含铁氧化物由于铁离子的价态差异、晶体结构差异等会影响三价铁离子转换成二价铁离子的速率，多项芬顿体系和均相芬顿体系中三价铁离子由于形态不一样，转换成二价铁离子的速率也有很大的差别。

Fe²⁺+H₂O₂→Fe³⁺+HO^-+·OH K₁＝70M^-1s^-1 (1)

Fe³⁺+H₂O₂→Fe²⁺+H⁺+HO₂· K₂＝0.001–0.1M^-1s^-1 (2)

在此基础上，引入外界能量的光芬顿和电芬顿的出发点也是为了促进三价铁离子转换成二价铁离子的速率，通过提高三价铁离子和二价铁离子的循环速度，加快整个催化过程。其中，光芬顿技术的关键步骤，就是在光照条件下，三价铁增加一条转换途径，提高过氧化氢利用效率，此过程有效的促进了芬顿催化技术的进一步发展；而且过氧化氢在光照条件下也会部分分解为活性自由基，有效降解污染物。