生物炭在处理抗生素废水中的应用研究进展

主要污染源是来自于畜牧养殖场所的排放物和医学药厂以及人体的排泄。抗生素因为其特别的杀菌抑菌效果被广泛应用于医药业中以及应用于水产养殖及垃圾填埋场等工农业中。如使用抗生素来预防羊羔牛犊断奶后出现的腹泻和感染症状：由于氯霉素能够有效的抑制淡水养殖中的气单细胞菌属的致病性基因：为了节约水产养殖生物对维生素的需求，因此在饲料中添加了适量的抗生素。经大量使用的抗生素由于无法被人体或者动物身体吸收而排放在环境中4，以致于环境污染问题越来越重大。3.生物炭的概述3.1生物炭的性质生物炭是把有机物放置于绝氧或缺氧状态中，再对其进行高温分解产生的，是一种黑炭。其比表面积大、导电性良好、稳定性较高、孔隙度发达、高度芳香化、含碳量较丰富。目前，生物炭根据它的来源大致可以分为5大类：秸秆类、壳类、木质类、粪污和污泥5。生物炭主要是由碳氢氧等元素组成，且以高成度含碳（约百分之七八十）为主要标志6，除此之外生物炭中也含有植物所必需的营养成分，如氮磷钾硫等元素，其中钾素和磷素的有效性应与其原料中的成分大同小异。生物炭也能够被视为纤维素、脱水糖、苯酚、烷属烃及烯属烃类的衍生物等这些组成成分复杂的含碳物质构成的连续的统一体7，其中最主要的成分是烷基和芳香结构$经文献查阅得知生物炭从微观的角度来说，其大多是由紧密堆积、高度扭曲的芳香环片层构成g,通过X射线可以得知其具有乱层结构(turbostratic structur心)o,同时生物炭的表面多孔性的特征显著，其具有洋葱状与开放性的孔隙，是呈蜂窝状的多孔结构，由于生物炭的结构中含有较多的孔隙，所以生物炭可以因此吸附更多的物质，从而使具备极强的吸附能力。生物炭的这些孔隙结构不仅决定了其表面积的大小、增大了大分子有机污染物的空间位阻、甚至还会影响微生物的活性以及多样性2。由于生物炭表面的极性官能团并不多，其中包括羧基、内酯以及酸酐等3，因此为生物炭优良的吸附性能创造了条件。随着研究技术的不断进展，研究者们还发现了生物炭具备大量的表面负电荷和较高的电荷密度的特征14。3.2生物炭的处理方法热裂解法是将生物质材料放置于缺氧的状态中，用较低的升温速率上升到350800℃的炭化温度，并且通过一段时间的维持后，取得所需目标产物的一种方法15。生物炭的产率会随着热解温度升高而有所降低，但热解温度升高会导致灰分和碳的含量增加，O、H、N的含量减少，比表面积增加，极性降低，芳香性增强6。张学杨等7将玉米秸秆于105℃干燥24h后移入管式炉，在50mL·min1N2保护下于300、400、500℃热解2h所得生物炭。e等18通过慢速裂解的方法制得了牛粪生物炭，其是用牛粪作为生物炭的主要原料，通过不同的裂解温度后再经恒温处理后而得到所需的吸附材料。薛金凤等9将果壳用盐水清洗后烘干置于坩埚于500℃高温炉中活化2h得到生物炭。水热炭化法一般分为高温水热炭化法与低温水热炭化法，此方法用比较慢的升温速率使生物质材料加热到预定水热温度，经过一定时间的反应后而得到目标产物的过程0。张进红2等人通过水热炭化的方法将鸡粪分别置于不同的温度下进行不同时长的水热炭化处理而获得生物炭。L等2将毛竹屑置于160-280℃进行水热制备从而得到毛竹生物炭。王定美等人3将含水率为80%的200g污泥混合系统转移至污泥水热炭化装置为500ml的高压反应釜中密闭后，维持恒定电压200V升温至反应温度（分别为150、200、250和300℃），保持恒温6h,冷却抽滤后80℃烘6h所得的产品即为生物炭。微波裂解法是指在艳阳条件下对固体有机物在裂解装置中进行加热分解的一种方式。微波裂解法与传统热传递的裂解方式不同，微波裂解法主要采用的是能量传递：将升温速率的范围控制在0.11000℃·s1之内，且在微波反应器的石英容器中保护气为惰性气体，由此方法裂解制得的生物炭产物干净、大小均一且比表面积和孔的容积较大24。张利波等25将核桃壳在微波功率为700W的条件2