[发明专利]一种应用于水中诺氟沙星去除的碱/双金属盐水热活化污泥生物炭的制备方法

说明书

本发明公开了一种应用于水中诺氟沙星去除的碱/双金属盐水热活化污泥生物炭的制备方法，具体为，将管式炉热解制备的污泥生物炭SBC置于含有氢氧化钾溶液的反应釜中水热活化生成碱水热活化的污泥生物炭KSBC，然后将KSBC转移至含有氯化镁和氯化铁溶液的反应釜中进行水热活化处理制得碱/双金属盐水热活化污泥生物炭KMSBC。本发明制备的生物炭具有优越的理化特性，能够实现对水中的诺氟沙星的高效去除，反应温度为35℃时其对诺氟沙星的最大吸附能力可达68.5mg/g。此外，该生物炭还具有较强的安全性和磁性分离能力，吸附后能够实现与溶液的高效磁性分离和氢氧化钠解吸再生。

技术领域

本发明涉及生物炭制备和水处理技术领域，尤其涉及一种应用于水中诺氟沙星去除的碱/双金属盐水热活化污泥生物炭的制备方法。

背景技术

近年来，氟喹诺酮类抗生素(FQs)已成为世界上使用量最大一类的抗生素，由其引起的环境问题也开始引起了人们的广泛关注。其中，诺氟沙星因能够有效地抑制革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌DNA的合成和复制而被广泛应用于治疗敏感菌引起的泌尿、呼吸和肠道疾病，目前已成为应用最多的一种FQs。值得注意的是，人和动物对诺氟沙星的吸收能力有限，约60-70％未被吸收的诺氟沙星会通过粪便和尿液排出体外而进入到水环境中。现有的污水处理厂并未专门配备用于水中抗生素去除的相关设备，对抗生素的去除效率较低，导致大量未被处理的诺氟沙星进入污泥、水体和土壤中。诺氟沙星具有较长的半衰期而能够在这些环境中长期存在，而通过食物链进行富集或产生超级细菌、耐药性和抗性基因进而危害人体健康和整个生态系统的安全。

目前诺氟沙星的主要去除手段包括：光催化、高级氧化和微生物降解等。光催化和高级氧化对操作条件要求严格和成本高，过程中可能会产生毒性更强的降解产物，这些限制了它们的实际和广泛应用。微生物降解所需的周期长，可能会产生耐药基因，不利于其大规模应用。吸附具有费效比高、操作简单和环保的优越性，是一种有前景的诺氟沙星去除技术。生物炭是由农业或工业废料在缺氧或氧气限制条件下高温热解而成的多孔吸附材料。市政污泥是市政污水处理厂的主要固体废物，据报道2020年我国污泥产量已超过6.0×10⁸t，目前其主要的处理手段为填埋和焚烧，可能会对土壤、水和大气造成二次污染。市政污泥高的有机质含量使其有潜力成为生物炭制备的良好原料，同时可以实现其资源化利用。研究表面，污泥生物炭对水中的有机物(四环素和吡虫啉等) 和无机物(镍等)具有一定的吸附能力，但其有限的吸附能力限制了其实际和大规模应用。研究证实，氢氧化钾(KOH)能够改善生物炭的孔隙结构、含氧官能团的种类和数量，氯化镁(MgCl₂)能够显著提高生物炭的表面积、孔隙度和离子交换能力等，从而提高生物炭对目标污染物的吸附去除能力。基于氢氧化钾(KOH)和氯化镁(MgCl₂)的活化特性，且两者尚未结合用于生物炭的活化，本发明将进行两者结合用于污泥生物炭的改性。此外，先前氢氧化钾(KOH) 和氯化镁(MgCl₂)对生物炭的活化多是通过浸渍或是搅拌完成的，对生物炭的活化效果有限。水热活化法是将生物炭和活性剂置于密闭的环境中，通过自生压力和一定的温度条件下完成的，能够更好地保证活性剂对生物炭的活化效果。改性污泥生物炭吸附诺氟沙星后，如何实现其与水体的高效分离和再生，对实现水中诺氟沙星的可持续去除具有重要的研究价值和意义。

发明内容

基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种能够高效去除水中诺氟沙星的一种碱/双金属盐水热活化污泥生物炭，同时能够保证吸附剂的安全性性和实现吸附诺氟沙星后生物炭与溶液的分离和再生。该处理技术既能够实现市政污泥的资源化利用，又能够实现水中诺氟沙星的高效和可持续去除。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种应用于水中诺氟沙星去除的碱/ 双金属盐水热活化污泥生物炭的制备方法，包含如下步骤：

(1)污泥生物炭的制备：将市政污泥用超纯水洗净并烘干至恒重，然后热解，磨碎过筛，获得污泥生物炭SBC；