[发明专利]利用废旧锂电池制备的催化剂活化过单硫酸盐去除水体中抗生素的方法

说明书

本发明公开了一种利用废旧锂电池制备的催化剂活化过单硫酸盐去除水体中抗生素的方法，包括以下步骤：将催化剂与抗生素水体混合，搅拌，加入过单硫酸盐进行降解反应，完成对水体中抗生素的去除，其中催化剂是以废旧锂电池为原料通过煅烧后制备得到，催化剂包含LiCoO₂和Co₃O₄。本发明方法通过将以废旧锂电池为原料制得的多相催化剂、过单硫酸盐与含抗生素水体混合进行降解反应，即可实现对水体中抗生素的高效降解，具有操作简单、处理成本低、应用范围广、处理效率高、处理效果好、重复利用性强、环境友好等优点，有着很好的应用价值和应用前景。

技术领域

本发明属于锂电池回收循环利用及环境污染物的高级氧化处理领域，涉及一种去除水体中抗生素的方法，具体涉及一种利用废旧锂电池制备的催化剂活化过单硫酸盐去除水体中抗生素的方法。

背景技术

随着医药学的不断发展以及人们对药物等医学用品需求的增加，越来越多的制药厂应运而生。在所生产的药物中，抗生素被广泛用来治疗细菌感染，但在它的生产过程中，由于工厂对所排放的含抗生素的废水管理不当，使得废水排入河流湖泊，再通过污染物在水环境中蓄积作用，对水生生物造成危害。如，盐酸左氧氟沙星是一种典型的氟喹诺酮类抗生素，广泛用于各种呼吸道、尿道疾病和皮肤感染的治疗。它的广泛使用导致细菌耐药性增加，最终危害环境和人类身体健康。虽然自然界废水水体中盐酸左氧氟沙星浓度较低，但是如果把含有盐酸左氧氟沙星的有机废水排入江河、湖泊和海洋会严重污染水体，会对水体中的微生物产生毒性作用，进而使微生物死亡。除此之外，盐酸左氧氟沙星稳定性极高，很难实现对盐酸左氧氟沙星的自然降解，严重危害了人体健康。

针对当前水体中抗生素的污染现状，许多方法被应用到去除水体中的抗生素，包括微生物降解、光芬顿氧化以及生物炭吸附，但是这些方法都存在一些弊端，例如工艺操作复杂、二次污染、成本高，并且在采用微生物方法降解盐酸左氧氟沙星时，盐酸左氧氟沙星还会抑制细菌的生长。因此，寻找能够高效降解抗生素且绿色环保的处理方法是当今社会面临的一大难题。

高级氧化法在水处理领域应用最为广泛，该方法采用氧化剂与水体有机污染物发生反应，破坏污染物的分子结构，使其转化为其他小分子物质甚至将污染物彻底矿化，达到污染物去除的目的。以过氧单硫酸盐(PMS)为基础的高级氧化技术被认为是消除有机抗生素的一种高效的方法，过氧单硫酸盐产生的硫酸根自由基(SO₄^·-)具有更高的氧化还原电位，更宽的pH值应用范围，更强的目标污染物选择性，更长的半衰期，能够更高程度地矿化水中的有机污染物。由于PMS在室温下非常稳定，活化剂是PMS系统的关键，因此许多研究将重点放在PMS的激活上。各种活化方法(如热法、紫外线照射法、超声波法和催化活化法)被用于PMS的活化。在这些催化方法中，过渡金属离子(如Co²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺等)被认为是活化PMS的简便、高效的催化剂。然而，现有的催化剂仍然存在制备成本较高等问题。

锂离子电池的广泛应用不可避免地会产生大量有害金属元素和易燃电解液，对环境不利，对人体健康有害。因此，废旧锂电池的回收与再利用显得尤为重要。近年来，为了达到循环回收再利用的目的，为回收的材料找到一种合适的应用引起了广泛的关注。废电池不仅可以用于新电池的合成，还可以用于制备超级电容器、析氧反应、吸附和光催化等其他功能材料。大部分回收材料作为功能性材料再利用时，需要经历复杂且昂贵的提取和纯化过程。由于锂电池的正极材料中含有Co、Mn、Ni等过渡金属元素，这些元素通常用于催化反应。然而，将锂电池的正极材料作为催化剂用于处理抗生素废水却鲜有报道。另外，在本申请发明人的实际研究过程中还发现，若将废旧锂电池中回收得到的正极材料用于处理抗生素废水还克服以下问题：(1)如何从废旧锂电池中有效回收正极材料；(2)如何将回收的正极材料转化成适用于活化PMS的新催化剂；(3)如何利用正极材料活化PMS以实现高效处理抗生素废水。因此，如何将废旧锂电池的回收利用与抗生素废水的处理结合起来，对于实现在对废旧锂电池资源化回收利用的同时达到降解抗生素废水的目的具有十分重要的意义。

发明内容