[发明专利]甘蔗渣基炭催化剂及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明属于固体废物资源化处理技术领域，涉及甘蔗渣的资源化利用，具体涉及甘蔗渣基炭催化剂的制备及用于催化青霉素类广谱β-内酰胺类抗生素降解。

背景技术

阿莫西林具有很强的杀菌作用，而且它穿透细胞膜的能力也较强。阿莫西林常用于人类和动物，是目前应用最为广泛的抗生素之一。然而，这种抗生素的过量使用会引起严重的抗生素污染，并且积累在人体内的阿莫西林容易造成中枢神经系统的损害，并引起关节，肾等严重疾病。近年来，医疗有机药物污染物对水环境和畜牧业滥用药物的影响越来越严重，二次排水和地表水中阿莫西林的质量浓度也已经达到μg/L的级别。阿莫西林具有化学性质稳定强，生物毒性大，生物降解率低等特点。因此，传统的生物处理方法去除它十分困难。所以针对其形状，市场上开发了许多许多先进的技术用于处理阿莫西林。其中氧化技术(王进,李克勋,于洁,唐云鹭,刘东方,王国英,Fenton试剂氧化—SBR工艺处理阿莫西林制药废水生化处理出水,化工环保,2012,32(3),242-246)、光催化降解技术(田斐,朱荣淑,董文艺,欧阳峰,KBrO₃协同载贵金属TiO₂光催化降解阿莫西林,哈尔滨工业大学学报,2013,45(10),41-47)，(四川中洁诺环保科技有限公司发明专利“一种去除水中抗生素的方法”CN201410042276.6)，和催化降解技术常用于阿莫西林降解，并且取得了较好的效果。然而开发更多，更低成本，更有效的阿莫西林去除剂也是目前发展的趋势。

甘蔗渣来源于甘蔗制糖的副产物，是一种来源广泛，成本低廉的生物质原料，长期以来大部分被直接焚烧，造成环境污染及资源浪费。甘蔗渣主要由纤维素、半纤维素及木质素构成，构成物质的不单一使甘蔗渣难以被充分利用。但是这三种物质都含有丰富的碳元素，并且制得的炭材料孔道丰富，是制备炭催化剂的良好原材料。

发明内容

本发明针对上述现有技术中的问题，提供一种对于水体中的青霉素类广谱β-内酰胺类抗生素有极好的效果，且制备方法简单，原料成本低廉甘蔗渣基炭催化剂及其制备方法和用途。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种甘蔗渣基炭催化剂，该催化剂为有甘蔗渣经过炭化、活化和再炭化的过程制备；该催化剂经过多次碳化，得到的催化剂孔道更加丰富，活性离子较好，没有大量团聚，更加有利于高效的处理抗生素。

本发明还提供一种上述甘蔗渣基炭催化剂的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)炭化：将回收的原料甘蔗渣洗净并干燥后，置于炭化环境中以一定的升温速率升温至一定炭化温度并保持一段时间后自然降温，期间全程保持惰性气体流动，得到炭化甘蔗渣；

(2)活化：将步骤(1)得到的炭化甘蔗渣与一定浓度的氯化锌溶液混合，于一定温度下搅拌活化一段时间，将活化的炭化甘蔗渣干燥保存；

(3)再炭化：将步骤(2)得到的活化后的炭化甘蔗渣，再次置于炭化环境中以一定的升温速率升温至一定的炭化温度保持一段时间后停止加热自然降温，期间全程持续保持惰性气体流动，最后得到成品的甘蔗渣基炭催化剂。

按上述方案，优选地，步骤(1)中所述原料甘蔗渣为经过洗涤和干燥处理的甘蔗渣。

按上述方案，优选地，步骤(1)中所述干燥其温度为283～403K，干燥时间为12～36h。

按上述方案，优选地，步骤(1)中所述的升温速率为0～15K/min。

按上述方案，优选地，步骤(1)中所述炭化温度为373～1073K，炭化时间(即保持一段时间对应的具体时间)为1～3h。

按上述方案，优选地，步骤(1)中所述惰性气体的流速为0.1～1L/min。

按上述方案，优选地，步骤(2)所述活化时间为1～48h。

按上述方案，优选地，步骤(2)所述氯化锌溶液的质量浓度为30～260g/L。

按上述方案，优选地，步骤(2)所述的活化温度为278～358K。

按上述方案，优选地，步骤(2)所述的炭化甘蔗渣的质量与氯化锌溶液体积比为1g：8～18mL。

按上述方案，优选地，步骤(2)所述干燥温度为283～403K。

按上述方案，优选地，步骤(3)所述的升温速率为0～15K/min。

按上述方案，优选地，步骤(3)中所述炭化温度为373～1073K，炭化时间(即保持一段时间对应的具体时间)为0.5～3h。

按上述方案，优选地，步骤(3)中所述惰性气体流速为0.1～1L/min。