[发明专利]一种磺胺甲恶唑生物炭吸附剂的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种磺胺甲恶唑生物炭吸附剂的制备方法及应用，利用棕榈纤维、尿素和FeSO₄·7H₂O采用一步热解法合成了一种新型的Fe‑N共掺杂的生物炭，具有较大的比表面积和较强吸附能力，与磺胺甲恶唑分子间有较强的亲和力，将其用作水中磺胺甲恶唑吸附剂，既能实现环境水体中磺胺甲恶唑的去除，又能扩大棕榈纤维废弃物的应用范围，且该吸附剂在多次吸附‑解吸循环吸附中能保持较高的吸附能力和较低的质量损失，具有良好的循环使用性能。

技术领域：

本发明涉及溶液中磺胺甲恶唑抗生素吸附技术领域，具体涉及一种磺胺甲恶唑生物炭吸附剂的制备方法及应用。

背景技术：

磺胺类抗生素是一类最为传统的人工合成广谱抗菌药物，被广泛应用于人类药物、禽畜养殖和水产养殖业。磺胺类抗生素的使用量逐年增加，但由于其极低的生物利用率和较长的半衰期，在水环境中被不断检出，长此以往可能会增加致病菌的抵抗力，并使细菌加速产生对抗生素的耐药性，从而导致人类的感染率和死亡率上升。因此，探索能高效、经济地从污染水中去除磺胺类抗生素的技术具有重要意义。

目前磺胺类抗生素去除领域有单独或联合使用化学法、生物降解法、高级氧化法、物化法等方法。其中吸附法具有成本低、易回收、无二次污染的优点，而吸附法成功应用的关键在于吸附剂的选择和制备方法。生物炭作为一种经济环保的新型吸附材料，具有去除效率高，操作简单和生产成本低廉的特点，由不同生物质(污泥、花生壳、咖啡渣、甘蔗渣等)制成的生物炭有大量报道，制成的生物炭可吸附多种有机污染物(挥发性有机物、农药、抗生素药物、染料等)。

目前，研究者致力于应用各种改性技术来增加生物炭的表面积和孔结构，如生物炭的功能化法、磁化法和表面氧化法。尽管已证明改性生物炭可提高污染物去除效果，但通过传统沉淀和过滤工艺将生物炭从液体中分离出来仍具有堵塞设备的风险，并且生物炭在回收过程中容易出现质量损失。近年来对改性方法的研究集中在生物炭磁化技术上，即在生物炭中嵌入铁、钴、镍及其合金使生物炭具有磁性，在吸附完成后，外加磁场进行固液分离和再回收。通常，生物炭吸附剂的磁化是通过化学共沉淀或一步法进行，然而化学共沉淀步骤复杂，还会占据生物炭表面的吸附位点和孔结构，相比之下，磁性生物炭主要采用一步法制备。单一的一步法不能为生物炭表面提供足够的官能团，在进一步的修饰时，可以在生物炭的制备过程中加入其他元素，生成预期的官能团。氮掺杂的生物炭可以被诱导改变其物理和化学性质，在生物炭的有序sp2杂化石墨层中引入氮，促进π电子的极化，可以在碳结构中产生局部的不平衡带电区域和更多的活性位点。此外，掺杂在生物炭表面的N原子增强了电子迁移率，改善了生物炭的疏水性能，增加了对污染物的亲和力在生物炭的芳香碳环上掺杂N可以产生正空穴，由此产生的电负性差异可以吸引富电子有机污染物。此外，有机污染物的分子排列更亲核，铁和氮共掺杂的生物炭可以通过π-πEDA相互作用和Lewis酸碱相互作用促进有机污染物的吸附。因此，铁和氮共同改性的结合可能是使生物炭具有磁性同时增加表面官能团的极好手段。同时考虑到经济因素，生物炭粉末吸附剂的再生性能及其回收过程中的质量损失也值得进一步研究。

棕榈是一种常见的棕榈科植物，棕榈纤维取自棕榈树杆外围叶鞘形成的网状棕衣纤维，具有低密度的多孔结构，常用作制绳、垫料填充等，但应用范围较小无法使其得到充分应用。

发明内容：

本发明的目的是提供一种磺胺甲恶唑生物炭吸附剂的制备方法及应用，利用棕榈纤维、尿素和FeSO₄·7H₂O采用一步热解法合成了一种新型的Fe-N共掺杂的生物炭，具有较大的比表面积和较强吸附能力，与磺胺甲恶唑分子间有较强的亲和力，将其用作水中磺胺甲恶唑吸附剂，既能实现环境水体中磺胺甲恶唑的去除，又能扩大棕榈纤维废弃物的应用范围，且该吸附剂在多次吸附-解吸循环吸附中能保持较高的吸附能力和较低的质量损失，具有良好的循环使用性能。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：