CN111620389A - 一种非晶合金在催化降解抗生素类污染物中的应用 - Google Patents

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秦鑫冬
朱正旺
付华萌
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Abstract

本发明公开了一种非晶合金在催化降解抗生素类污染物中的应用，属于非晶合金材料及废水处理领域。将Fe基、Co基或Cu基非晶合金条带作为催化材料，对水体中复杂稳定结构的抗生素类有机污染物进行降解。降解工艺步骤为，在恒温水浴条件下，向含有抗生素的有机废水中加入非晶合金，并不断搅拌，使条带与溶液充分接触，以实现废水的快速降解。本发明的非晶合金催化降解抗生素类污染物的应用，不仅可以实现高的降解效率，且操作简单，不需要紫外光照、超声等其他条件，具备非常好的应用前景。

Description

一种非晶合金在催化降解抗生素类污染物中的应用
技术领域
本发明涉及非晶合金材料及废水处理技术领域，具体涉及一种非晶合金在催化降解抗生素类污染物中的应用。
背景技术
随着医疗水平的提高和药品市场的快速发展，抗生素的需求量和种类不断增加。中国更是抗生素的生产和使用大国。然而，大量使用抗生素，尤其是长期的超剂量、超范围、超适应症的使用抗生素，使得大量未被人体和动物利用的抗生素排放进入水土环境中，造成严重的生态环境污染和生态毒理效应，增加了人类的健康隐患，极大提高了疫病爆发的风险。抗生素类污染物的逐年增加，已成为我国乃至全球所面临的重大环境问题之一。因此，如何高效治理抗生素类污染物已成为亟待解决的问题。
传统的抗生素类污染物处理方法有生物法、物理法和化学法等。生物法中微生物的失活会导致抗生素处理效率较低。物理法主要利用过滤、沉淀或吸附等方式将水中抗生素类污染物转移，并未有效分解，危害依然存在。化学氧化法中添加的大量过氧化剂(臭氧、双氧水、过硫酸盐等)，容易对环境产生二次污染，且一般需要酸性条件。光催化、超声催化等是一种有效去除水中残余抗生素的技术，但是该方法工艺复杂，需要特定光照条件、超声频率等。因此，开发一种新型的降解效率高、工艺简单的处理抗生素类污染物的绿色化学技术具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种非晶合金在催化降解抗生素类污染物中的应用。抗生素通常为复杂稳定的结构，一般的催化剂很难对其进行高效的降解。然而，不同于传统的晶态材料，非晶合金是液态合金熔体经快速凝固而制备，是一类高能亚稳材料，可为催化反应提供足够多的表面活性位点，使用非晶合金催化降解抗生素类污染物降解效率高，操作工艺简单。另外，非晶合金不含有相界、晶界及位错等缺陷，因而具有较好的耐腐蚀性能，这为其回收再重复利用提供了保障。
本发明的技术方案如下：
一种非晶合金在催化降解抗生素类污染物中的应用，将非晶合金应用于含有抗生素类污染物的废水的处理，通过非晶态合金的催化作用实现废水中抗生素类污染物的降解。
所述非晶合金为Fe基、Co基或Cu基非晶合金条带，条带厚度为10μm～200μm。
所述含有抗生素类污染物的废水中，抗生素类污染物的浓度为0.01g/L～1g/L，废水的温度为环境温度到100℃，pH值为1～12。废水处理时，非晶合金条带的投加量大于0.01m2/L。
所述非晶合金进行废水处理的过程在搅拌条件下进行，具体为：用机械搅拌器以200rpm～600rpm的转速对废水进行搅拌，保证非晶合金在废水中均匀分散。
本发明的优点如下：
1、本发明利用具有催化性能的非晶合金降解废水中抗生素类污染物，降解效率高，且操作工艺简单，不需要紫外光照、超声等其他条件，此外，该技术中不需要额外添加氧化剂，无二次污染，对于环境保护具有重要意义。
2、本发明涉及的Fe基、Co基和Cu基非晶合金生产工艺成熟，制造成本低廉，具备很好的应用前景。
附图说明：
图1为实施例1-6的非晶合金条带XRD图谱。
图2为头孢曲松钠的分子结构。
图3为实施例1-3的非晶合金条带催化降解头孢曲松钠的降解效率随时间的变化曲线。
图4为头孢克肟的分子结构。
图5为实施例4-6的非晶合金条带催化降解头孢克肟的降解效率随时间的变化曲线。
图6为实施例1的非晶合金条带重复降解头孢曲松钠的降解效率。
具体实施方式
以下结合附图及实施例详述本发明。
按表1合金成分制备非晶合金条带，图1所示为实施例1-6所用非晶合金的XRD图谱(实施例2、5所用非晶合金成分相同)，均呈现非晶的漫散射特征。
表1实施例1-6对应合金成分
Figure BDA0002498462160000031
实施例1-3：Fe基、Co基和Cu基非晶合金条带应用于降解废水中的头孢曲松钠。
降解过程采用非晶合金条带的表面积为50cm2，废水中头孢曲松钠的浓度为0.08g/L，废水体积为50mL，控制废水温度为40℃。将条带投入废水，并以200rpm的转速对染料溶液进行搅拌。反应开始后每间隔一定时间取出约1mL溶液，经离心和过滤后，采用高效液相色谱仪对样品进行检测，并得到降解效率(η)，η＝(1-Ct/C0)，其中，Ct和C0分别为t时刻和初始时刻的溶液浓度。
图2为头孢曲松钠的分子结构，图3为实施例1-3的非晶合金条带处理头孢曲松钠的降解效率随时间的变化曲线，随着反应时间增加，降解效率不断升高。
实施例1-3的非晶合金条带对头孢曲松钠的降解效率均能达到80％以上，其中，实施例1降解头孢曲松钠时，30min的降解效率即达到88％。
实施例4-6：Fe基、Co基和Cu基非晶合金条带应用于降解废水中的头孢克肟。
降解过程采用非晶合金条带的表面积为50cm2，废水中头孢克肟的浓度为0.1g/L，废水溶液体积为50mL，于室温进行降解反应。其余实验过程与实施例1-3相同。
图4为头孢曲松钠的分子结构，图5为实施例4-6的非晶合金条带处理头孢克肟的降解效率随时间的变化曲线，实施例4-6的非晶合金条带对头孢克肟的降解效率均能达到50％以上，其中，实施例5降解头孢克肟，100min时的降解效率可以达到72％。
实施例7：条带重复使用次数对降解效率的影响
将实施例1中降解头孢曲松钠后的非晶条带进行回收后，再次应用于头孢曲松钠的降解(其它各实验条件与实施例1相同)，结果如图6所示。可以看出实施例1的Fe78Si8B14非晶合金条带在重复使用7次的过程中，依然能够保持较高的降解效率(＞80％)，表现出良好的可重复使用性。

Claims (7)

1.一种非晶合金在催化降解抗生素类污染物中的应用，其特征在于：将非晶合金应用于含有抗生素类污染物的废水的处理，通过非晶态合金的催化作用实现废水中抗生素类污染物的降解。
2.根据权利要求1所述的非晶合金催化降解抗生素类污染物的应用，其特征在于：所述非晶合金为Fe基、Co基或Cu基非晶合金。
3.根据权利要求1所述的非晶合金催化降解抗生素类污染物的应用，其特征在于：所述非晶合金为条带状，条带厚度为10μm～200μm。
4.按照权利要求1所述的非晶合金催化降解抗生素类污染物的应用，其特征在于：废水处理时，非晶合金条带的投加量大于0.01m2/L。
5.按照权利要求1所述的非晶合金催化降解抗生素类污染物的应用，其特征在于：所述含有抗生素类污染物的废水中，抗生素类污染物的浓度为0.01g/L～1g/L。
6.按照权利要求1所述的非晶合金催化降解抗生素类污染物的应用，其特征在于：废水处理的温度为环境温度到100℃，废水的pH值为1～12。
7.按照权利要求1所述的非晶合金催化降解抗生素类污染物的应用，其特征在于：采用非晶合金降解废水中抗生素类污染物的过程中，用机械搅拌器以200rpm～600rpm的转速对废水进行搅拌，保证非晶合金在废水中均匀分散。
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