去除水中抗生素的颗粒状吸附剂的制备方法、制得吸附剂及应用

摘要

本发明涉及一种去除水中抗生素的颗粒状吸附剂的制备方法、制得吸附剂及应用。该方法包括第一步、将生物质原料经洗涤、烘干、粉碎、过筛后，得到生物质粉末；第二步、将生物质粉末与包埋剂混合，搅拌均匀后得混合物；第三步、将混合物加至硬化剂中，间歇搅拌进行交联，过滤，将所得固体颗粒洗涤、风干，即得颗粒状吸附剂成品。本发明方法制得吸附剂可去除水中的抗生素，吸附效果好；吸附剂在使用后还可以作为燃料、发酵底物调节剂、或特种微生物的营养源，在很大程度上避免了二次污染且无需考虑再生。

说明书

技术领域

本发明涉及一种去除水中抗生素的颗粒状吸附剂的制备方法、制得吸附 剂及应用，属于废水处理技术领域。

背景技术

目前，对于抗生素废水的处理方法以好氧厌氧生物处理工艺为主，但由 于抗生素废水具有生物毒性且含有难以生物降解的物质，因此生物处理工艺 的处理效率并不高；同时，含有大量抗生素的废水进入环境后，很容易造成 抗生素在土壤和水体中的残留和累积，形成污染，进而威胁人类健康。

长期以来，人们一直在寻求一些使用方便、持久，且净化效果好的吸附 材料用于抗生素废水的处理。泥炭、膨润土、沸石、硅藻土、粉煤灰等由于 具有特殊的理化性质，对于多种污染物均具有很强的吸附能力，受到人们的 关注和重视，但是这些材料在直接利用时往往存在一些问题，如造成水流不 畅，处理后排出的水中含有大量的悬浮物或色素，需要增设后续处理环节， 使废水处理成本提高。

申请人曾于2011年12月7日申请的中国发明专利申请（申请号 2011104037054）公开了一种主要由膨润土和粉煤灰制得的吸附剂，该吸附剂 对水中抗生素有较好的去除效果。但其不足之处在于：该吸附剂的主要成分 为无机矿物质，使用后若进行再生处理会产生较高的再生费用，且用溶液再 生也会产生浓缩的二次污染液；若作为固体废渣直接填埋，又会产生后续处 置费用，同时加重了环境自我净化负担，因此该吸附剂的使用范围也受到一 定限制。若能够使吸附剂的成本低廉化，并且不需要专门的后续处理，那将 会有巨大的发展前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，提供一种去 除水中抗生素的颗粒状吸附剂的制备方法、制得吸附剂及应用，该吸附剂能 去除水中抗生素。

本发明技术构思如下：

生物质是一种能够通过自然界物质循环和能量循环实现再生利用的资 源，具有矿物质材料无法比拟的优势，若能将生物质材料制成具有良好抗生 素吸附性能的颗粒状吸附剂，则该吸附剂在使用后还可用作燃料、发酵底物 调节剂、或特种微生物的营养源，从而在很大程度上避免二次污染且无需考 虑再生，使该吸附剂具有巨大的发展前景。

本发明解决其技术问题的技术方案如下：

一种去除水中抗生素的颗粒状吸附剂的制备方法，其特征是，包括以下 步骤：

第一步、将生物质原料经洗涤、烘干、粉碎、过筛后，得到生物质粉末；

第二步、将生物质粉末与包埋剂混合，搅拌均匀后得混合物；

第三步、将混合物加至硬化剂中，间歇搅拌进行交联，过滤，将所得固 体颗粒洗涤、风干，即得颗粒状吸附剂成品。

本发明方法进一步完善的技术方案如下：

优选地，第一步中，所述生物质原料为泥炭、木屑、或花生壳。

优选地，第二步中，所述包埋剂为聚乙烯醇和海藻酸钠的混合水溶液， 其中聚乙烯醇的质量浓度为6～10%，海藻酸钠的质量浓度为0.1～1.0%。

优选地，第三步中，所述硬化剂为饱和硼酸-膨润土悬浊液，其中膨润土 的质量分数小于或等于3%。更优选地，所述膨润土为钙基膨润土。

优选地，第一步中，所述洗涤条件为采用蒸馏水洗涤至少2-3次，每次 用量500-1000ml；所述烘干条件为：在烘干温度55℃-65℃下烘干至恒重； 所述过筛目数为60-100目。

优选地，第二步中，所述生物质粉末与包埋剂的重量体积比为1:8～1:25。

优选地，第三步中，所述混合物以流滴状泵入硬化剂中；所述交联的时 间为10～36小时；所述洗涤条件为：以蒸馏水洗涤，直至洗涤后液体呈中性； 所述风干条件为：于室温下风干20-40小时。

本发明还提供一种采用上述制备方法制得的颗粒状吸附剂，呈圆球形， 直径为3-6mm。

此外，本发明还提供上述颗粒状吸附剂用于吸附水中抗生素的应用。

本发明方法运用固定化技术将生物质原料制成颗粒状吸附剂，简单易行， 成本低廉，对设备要求较低，实际操作性强，可实施产业化，具有广阔的市 场前景。本发明方法制得吸附剂可去除水中的抗生素，吸附效果好、使用方 便、实用性强。同时，该吸附剂在使用后还可以作为燃料、发酵底物调节剂、 或特种微生物的营养源，在很大程度上避免了二次污染且无需考虑再生，从 而大大降低抗生素废水的处理成本，提高污水处理效率，是一种更为清洁的 廉价高效吸附剂。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明不限于所给出 的例子。

以下内容中涉及的实验材料和试剂，如未特别说明则为市售品。

实施例1制备去除水中抗生素的颗粒状吸附剂

第一步、将生物质原料经洗涤、烘干、粉碎、过筛后，得到生物质粉末；

其中，生物质原料为泥炭、木屑、或花生壳；洗涤条件为：采用蒸馏水 洗涤至少2-3次，每次用量500-1000ml；烘干条件为：在烘干温度55℃-65 ℃下烘干至恒重（烘干时间优选5-12小时）；过筛目数为60-100目。

第二步、将生物质粉末与包埋剂混合，搅拌均匀后得混合物；

其中，包埋剂为聚乙烯醇（PVA）和海藻酸钠（SA）的混合水溶液，该溶 液中聚乙烯醇的质量浓度为6～10%，海藻酸钠的质量浓度为0.1～1.0%；生物 质粉末与包埋剂的重量体积比（W:V）为1:8～1:25。

第三步、将混合物加至硬化剂中，间歇搅拌进行交联，过滤，将所得固 体颗粒洗涤、风干，即得颗粒状吸附剂成品；

其中，硬化剂为饱和硼酸-膨润土悬浊液，该悬浊液中膨润土的质量分数 小于或等于3%，所述膨润土为钙基膨润土；所述混合物以流滴状泵入硬化剂 中；所述交联的时间为10～36小时；洗涤条件为：以蒸馏水洗涤，直至洗涤 后液体呈中性（优选每次250-500ml的用量，共洗涤至少3-5次）；风干条件 为：于室温（20℃-30℃）下风干20-40小时。

所得颗粒状吸附剂成品呈圆球形，形状规则，大小整齐，直径为3-6mm。

具体应用案例如以下各表所示：

表1第一步参数

表2第二步参数

表3第三步参数

实施例2实施例1制得吸附剂去除水中抗生素的性能检测

将实施例1制得吸附剂以20g/L的投放比投入废水中，该废水所含土霉 素、四环素、强力霉素浓度均为200mg/L，于室温放置24小时后，检测废水 中抗生素的去除率。

实施例1各案例去除抗生素的结果如下表所示。

表4去除水中抗生素的结果

由此可见，实施例1制得吸附剂可去除水中抗生素，对强力霉素的去除 率最高。需要指出的是，实施例1制得吸附剂成本低廉，在实际使用中可根 据需要以更高的投放比处理废水，获得符合需要的抗生素去除效果。

实际使用时，可根据需要将实施例1制得吸附剂以10-30g/L的投放比投 入含抗生素的废水中，于20℃-30℃吸附10-25小时即可。

与现有技术相比，实施例1制得吸附剂具有如下优点：

1、处理效果好，可同时吸附水中的多种抗生素。

2、机械性能强。实施例1采用钙基膨润土，可使吸附剂的吸附性能和机 械性能同时得到改善，制得颗粒形状规则，大小整齐，易于固液分离，吸水 后为弹性颗粒，抗冲击负荷能力强，散失率不超过10%，作为填料使用时不易 破碎堵塞吸附柱。

3、制备工艺过程简单，对设备要求不高，可实施产业化，吸附剂易于保 存和运输，使用方便，具有广阔的市场前景。

4、成本低廉。虽然该吸附剂的吸附容量可能低于活性炭，但其价格仅相 当于活性炭市场价格的1%～5%，且该吸附剂的原材料具有来源广泛、价格低廉、 易降解、可再生等优势。

5、避免二次污染。使用该吸附剂处理污水，出水中不会含有大量的有机 色素或悬浮物，无需后续处理环节；该吸附剂使用后还可用作燃料、发酵底 物调节剂、或特种微生物的营养源，在很大程度上避免了二次污染且无需考 虑再生。

6、具有良好的经济和环境效益。使用农林矿业废料为原料即可制成廉价 高效的吸附剂，可用来替代昂贵的传统吸附剂，不但可以减轻环境污染，还 能提高资源利用率。