[发明专利]一种氧化石墨烯-磁性纳米粒子-污泥复合吸附剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及污水处理制剂技术领域，尤其是一种氧化石墨烯‑磁性纳米粒子‑剩余污泥复合吸附剂及其制备方法和应用，将污水处理厂剩余污泥粉末中加入FeCl₃和FeSO₄溶液，恒定温度为80‑100℃加热搅拌30min，再调节pH至10‑11，然后继续搅拌40‑60min，实现铁氧化物对污泥粉末的改性处理，一方面，铁氧化物具有磁性，方便回收使用，其次，Fe‑OH通过质子缔合及离解带有正电荷，保障后续的再次改性，提高复合改性效果；利用氧化石墨烯表面带负电，且表面带有大量的羧基和环氧基团等官能团的特性，利用氧化石墨烯进行超声二次改性，增强吸附剂对水中抗生素的去除能力，使得对水中浓度≤50mg/L抗生素的去除率达到了96％以上。

技术领域

本发明涉及污水处理制剂技术领域，尤其是一种氧化石墨烯-磁性纳米粒子-污泥复合吸附剂及其制备方法和应用。

背景技术

大量抗生素的滥用，使得抗生素随着畜禽与水产养殖废水、医疗废水、污水处理厂排水以及垃圾渗滤液等进入到环境，导致环境受到严重污染。目前，已经在地表水、海水、污水处理厂出水、医疗废水，甚至饮用水等多处水环境中，均检测到了抗生素，已经对人类健康、水资源安全等，构成了严重的威胁。然而，抗生素分子中一般具有羟基、氨基、酚羟基等多个官能团，使得对抗生素的去除难度极大。

现有技术中，对于水环境中抗生素的处理通常是氧化法和吸附法。氧化法是利用氧化剂对抗生素进行氧化脱除的方式，由于该方式处理的安全系数较低，成本较高，而且还容易造成二次污染，使得难以大面积推广应用。吸附法是利用吸附剂对水环境中的抗生素进行吸附脱除处理，其具有非破坏性的污染物去除效果，且不会因降解不完全而产生毒性中间产物，兼具安全、低成本、抗生素脱除率高等特点，故而得到了大量研究者的研究利用。

污水处理厂处理的剩余污泥中，含有大量的有机物，且成分复杂，主要含有：蛋白质、多糖类、木质素、纤维素、脂肪、多氯联苯、多环芳烃化合物以及多种烃类、芳香类化合物等，而且，污泥受到污水来源、污水处理工艺等因素影响，导致污泥的物理和化学性质差异较大。但是，由于污泥中大量有机物的存在，使得含碳量逐渐增加，促使以污泥为原料制备污泥基吸附剂得到了广泛的研究，例如：专利号为201310665542.6公开了将污水处理厂利用好氧法处理废水得到的污泥脱除水分，并加入锐钛矿型纳米氧化钛混合均匀，再在氮气保护下高温加热处理，形成羧酸、酚等可有效吸附抗生素的有效基团的吸附剂材料；该吸附剂材料比表面积S_BET＝150-250m²/g，吸附容量达100-500mg/g，pH 8.5-10。再例如：专利号为201710389611.3公开了将剩余污泥碳化，再先经碱改性，再经酸改性或者先经酸改性，再经碱改性处理得到改性磁性污泥生物炭，且公开了该改性磁性污泥生物炭中包括生物炭和铁化合物颗粒(γ-三氧化二铁颗粒)，铁的原子百分数为1.05％-1.55％，比表面积为140-250m²/g，孔容0.1778-0.2563m³/g；同时公开了将该改性磁性污泥生物炭应用于对含盐酸四环素水体中的盐酸四环素处理。再例如：专利申请号为202011018452.4公开了应用于水中四环素去除的水热合成的氯化锌活化的磁性污泥生物炭的制备方法，将市政污泥高温管式炉热解制得污泥生物炭，采用氯化锌活化，二次煅烧，加入氯化铁水热反应釜中反应制得，使得对水中的四环素具有较强的吸附取出能力，35℃条件下最大吸附能力可达167mg/L。

综上可见，将污泥利用制备应用于水中抗生素去除用吸附剂已经得到大量的研究，也证实了污泥应用于制备去除水中抗生素用的吸附剂是可行的，但现有文献和专利均采用高温对污泥等相关材料进行处理，耗能高，操作复杂。同时，对于水中抗生素去除用吸附剂的种类丰富、性能改善，降低抗生素污染水体处理成本，是本领域技术人员所重点关注的焦点问题。

鉴于此，本研究者结合长期从事于污水、污泥处理技术领域的研究，以污泥、铁氧化物磁性纳米粒子、氧化石墨烯为原料，并经工艺参数、工艺步骤控制，改善了吸附剂的吸附性能，为水中低浓度抗生素的去除提供了一种新材料。

发明内容