本發(fā)明涉及水處理和環(huán)境保護(hù)，具體為一種去除水中抗生素磺胺嘧啶的方法。

背景技術(shù)：

1、在環(huán)境保護(hù)和水資源管理的背景下，水體的抗生素污染已成為一個全球性的環(huán)境問題。磺胺嘧啶作為一種常見的抗生素，在醫(yī)療、畜牧業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，但由于其不完全的生物降解性和在水體中的持久性，磺胺嘧啶的殘留對水生生態(tài)系統(tǒng)、人類健康以及水資源的可持續(xù)利用構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。

2、傳統(tǒng)的水處理技術(shù)，如沉淀、過濾和生物降解等，在去除磺胺嘧啶方面存在明顯的局限性。沉淀和過濾方法雖然能夠去除水體中的懸浮物和顆粒物質(zhì)，但對于溶解在水中的磺胺嘧啶卻無能為力。生物降解雖然是一種環(huán)境友好的處理方式，但磺胺嘧啶的生物降解速率較慢，且受到環(huán)境條件、微生物種類和數(shù)量的限制，因此在實(shí)際應(yīng)用中效果并不理想。

3、此外，現(xiàn)有的物理吸附技術(shù)雖然對磺胺嘧啶的去除具有一定的效果，但常用的吸附劑如活性炭、硅膠等存在比表面積小、孔結(jié)構(gòu)不夠豐富等問題，導(dǎo)致吸附容量有限，難以滿足大規(guī)模水處理的需求。同時，這些吸附劑在吸附過程中往往受到水體中其他離子和有機(jī)物的競爭影響，降低了對磺胺嘧啶的特異性吸附能力。

4、因此，開發(fā)一種高效、環(huán)保且成本效益高的磺胺嘧啶去除技術(shù)，對于保護(hù)水資源、維護(hù)水生生態(tài)系統(tǒng)健康以及保障人類飲用水安全具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、解決的技術(shù)問題

2、針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種去除水中抗生素磺胺嘧啶的方法，通過采用具有高比表面積和良好孔結(jié)構(gòu)的活性炭纖維吸附劑，能夠高效去除水中的磺胺嘧啶，活性炭纖維的優(yōu)異吸附性能確保了磺胺嘧啶的有效去除，從而降低了水體中抗生素的殘留，對保護(hù)水資源和生態(tài)環(huán)境具有重要意義，活性炭纖維吸附劑的制備過程靈活，可以根據(jù)需要選擇不同的碳源材料（如高分子聚合物、生物質(zhì)和化石燃料），并通過調(diào)整碳化、活化等步驟的參數(shù)來優(yōu)化吸附劑的性能，這種靈活性使得該方法能夠適應(yīng)不同水質(zhì)條件和磺胺嘧啶濃度的處理需求，具有廣泛的適用性。

3、技術(shù)方案

4、為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

5、一種去除水中抗生素磺胺嘧啶的方法，該方法包括：

6、s100，制備具有高比表面積和良好孔結(jié)構(gòu)的活性炭纖維吸附劑，具體地，該吸附劑的比表面積應(yīng)達(dá)到或超過1500?m2/g，孔結(jié)構(gòu)以微孔和中孔為主，孔徑分布集中在2-50nm之間，以確保高效的吸附性能；

7、s200，將制備好的活性炭纖維吸附劑按照一定的投加量投入含有磺胺嘧啶的水體中，具體地，按照每升水體投加0.5-2.0克的比例投入含有磺胺嘧啶的水體中，此投加量范圍基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)優(yōu)化得出，能有效平衡吸附效率與成本；

8、s300，在一定的溫度和振蕩條件下進(jìn)行吸附處理，從而有效去除水中的磺胺嘧啶，具體地，在室溫（25°c）及150rpm的振蕩條件下進(jìn)行吸附處理，持續(xù)時間為2-4小時，此條件下，磺胺嘧啶的去除率可達(dá)到90%以上；

9、s400，當(dāng)吸附劑達(dá)到飽和或預(yù)定的吸附時間后，使用合適的分離方法，包括但不限于過濾和離心的方式，將吸附劑從水體中分離出來，具體地，采用真空抽濾的方式進(jìn)行分離，確保吸附劑與水體徹底分離，避免二次污染；

10、s500，對分離出的吸附劑進(jìn)行必要的處理，包括但不限于再生、回收和安全處置，對分離出的吸附劑進(jìn)行再生處理，采用熱再生法，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下加熱至300°c保持2小時，冷卻后重復(fù)使用，至少可再生使用3次，每次再生的吸附效率不低于初始效率的80%。

11、進(jìn)一步地，所述步驟s100制備具有高比表面積和良好孔結(jié)構(gòu)的活性炭纖維吸附劑的具體步驟為：

12、s101，原料準(zhǔn)備：選擇適合的碳源材料，該碳源材料為：高分子聚合物、生物質(zhì)和化石燃料中的一種或幾種的混合物，其中所述高分子聚合物包括但不限于聚丙烯腈和酚醛樹脂，其中所述生物質(zhì)包括但不限于木材、果殼和農(nóng)作物秸稈，其中所述化石燃料包括但不限于煤和石油焦，具體地，選擇聚丙烯腈作為碳源材料，因其具有較高的碳化產(chǎn)率和良好的成纖性能，同時，可加入少量木質(zhì)素作為輔助材料，以改善活性炭纖維的機(jī)械強(qiáng)度；

13、s102，預(yù)處理：對原料進(jìn)行清洗、干燥和破碎的預(yù)處理，以便于后續(xù)的處理，其中所述清洗過程通常使用水和有機(jī)溶劑，以去除原料表面的灰塵和油污雜質(zhì)，具體為：使用去離子水和乙醇對原料進(jìn)行清洗，去除表面雜質(zhì)，其中所述干燥過程則是將清洗后的原料在適當(dāng)?shù)臏囟群蜐穸葪l件下進(jìn)行干燥，具體為：在80°c下干燥12小時，防止碳化過程中開裂，以防止在碳化過程中因水分蒸發(fā)而導(dǎo)致材料開裂或變形，其中所述破碎過程則是將原料破碎成適合碳化處理的顆粒大小，具體為：破碎至粒徑小于1mm的顆粒，確保碳化均勻；

14、s103，碳化：在高溫?zé)o氧或低氧環(huán)境下對原料進(jìn)行碳化處理，去除氫、氧和氮的非碳元素，形成富含碳的骨架，碳化溫度通常在600-1000℃之間，在碳化過程中，原料中的有機(jī)物質(zhì)逐漸轉(zhuǎn)化為碳質(zhì)骨架，同時釋放出大量的氣體，需要及時排出，以防止在反應(yīng)器內(nèi)積聚并導(dǎo)致爆炸，具體地，在惰性氣體（氮?dú)饣驓鍤猓┍Ｗo(hù)下，以5°c/min的升溫速率加熱至600-1000℃之間，并保持2小時，此過程中，原料中的氫、氧、氮等元素被大量去除，形成穩(wěn)定的碳質(zhì)骨架；

15、s104，活化：使用物理或化學(xué)活化劑對碳化后的材料進(jìn)行處理，以形成豐富的孔隙結(jié)構(gòu)，其中所述物理活化劑包括但不限于處理高溫蒸汽和二氧化碳，通過與碳質(zhì)骨架反應(yīng)，刻蝕出大量的微孔和中孔，其中所述化學(xué)活化劑包括但不限于磷酸和氫氧化鉀，通過與碳質(zhì)骨架中的某些元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成可溶性的化合物并釋放出氣體，從而在碳質(zhì)骨架中留下孔隙，其中采用物理活化法，使用高溫水蒸氣（900°c）對碳化后的材料進(jìn)行處理2小時，水蒸氣與碳質(zhì)骨架反應(yīng)，生成微孔和中孔，顯著提高比表面積和孔隙率；

16、s105，催化劑負(fù)載：將干燥后的活性炭纖維吸附劑浸入已制備好的過渡金屬離子溶液中，控制浸漬時間2-4小時，確保金屬離子充分吸附，之后進(jìn)行干燥和煅燒處理，具體為在300-500°c，保持2小時，得到負(fù)載有活性催化劑的活性炭纖維吸附劑。

17、更進(jìn)一步地，所述步驟s100還包括對活化后的材料進(jìn)行清洗、干燥和破碎的后處理，得到具有高比表面積和良好孔結(jié)構(gòu)的活性炭纖維吸附劑，其中所述清洗過程使用水和有機(jī)溶劑去除活化過程中產(chǎn)生的可溶性化合物和雜質(zhì)，其中所述干燥過程則是將清洗后的活性炭纖維在適當(dāng)?shù)臏囟群蜐穸葪l件下進(jìn)行干燥，以防止在后續(xù)使用過程中因水分含量過高而影響其吸附性能，其中所述破碎過程則是將活性炭纖維破碎成適合使用的顆粒大小以及纖維形態(tài)，具體為：活化后的材料首先用去離子水洗滌，去除殘留的活化劑，隨后在100°c下干燥6小時，進(jìn)一步降低水分含量，最后，通過機(jī)械破碎和篩分，得到粒徑均勻、纖維形態(tài)良好的活性炭纖維吸附劑。

18、更進(jìn)一步地，所述步驟s105中選擇過渡金屬鐵（fe）、銅（cu）或鈷（co）作為活性催化劑，將所選的過渡金屬以硝酸鹽或醋酸鹽的可溶性鹽的形式溶解于去離子水中，形成一定濃度的金屬離子溶液。

19、更進(jìn)一步地，所述步驟s200將制備好的活性炭纖維吸附劑按照一定的投加量投入含有磺胺嘧啶的水體中的具體步驟為：

20、s201，測量水體：使用1000ml量筒準(zhǔn)確測量水體體積，誤差不超過±5ml，采用高效液相色譜法（hplc）測量磺胺嘧啶濃度，標(biāo)準(zhǔn)曲線法確定濃度值，確保測量誤差小于5%；

21、s202，計算投加量：根據(jù)水體的體積、磺胺嘧啶的濃度以及活性炭纖維吸附劑的吸附性能，計算所需的投加量，具體為：根據(jù)水體體積（v，單位l）、磺胺嘧啶濃度（c，單位mg/l）和吸附劑的飽和吸附容量（q，單位mg/g，實(shí)驗(yàn)測得約為100mg/g），按公式q=v×c/m計算所需投加量（m，單位g）；

22、s203，投加：將計算好的活性炭纖維吸附劑均勻投入水體中，并使用磁力攪拌器保持水體均勻混合。

23、更進(jìn)一步地，所述步驟s203的具體內(nèi)容為：根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的投加設(shè)備包括但不限于投加器和攪拌器，確保設(shè)備的清潔度和準(zhǔn)確性，以避免對水體造成污染或影響吸附效果，將計算好的活性炭纖維吸附劑通過投加設(shè)備均勻投入水體中，注意控制投加速度和投加位置，以確保吸附劑能夠均勻分散在水體中并與磺胺嘧啶充分接觸，在投加過程中以及投加后，使用攪拌器對水體進(jìn)行混合攪拌，以促進(jìn)吸附劑與磺胺嘧啶的充分接觸和反應(yīng)，混合攪拌的時間和強(qiáng)度應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，所述步驟s203投加過程需注意以下幾點(diǎn)以確保吸附效果的最大化：

24、s203.1均勻分散：采用機(jī)械攪拌或人工攪拌的方式，確?；钚蕴坷w維吸附劑能夠均勻分散于整個水體中，避免局部濃度過高或過低，影響整體吸附效率；

25、s203.2緩慢投加：為了避免因投加速度過快導(dǎo)致水體局部擾動過大，影響吸附劑與磺胺嘧啶分子的充分接觸，應(yīng)控制投加速度，緩慢而均勻地投入吸附劑；

26、s203.3觀察與調(diào)整：在投加過程中，持續(xù)觀察水體的變化和吸附劑在水中的分布情況，如有必要，可適當(dāng)調(diào)整投加位置和投加速度，以達(dá)到最佳吸附效果。

27、更進(jìn)一步地，所述步驟s300在一定的溫度和振蕩條件下進(jìn)行吸附處理，從而有效去除水中的磺胺嘧啶的具體步驟為：

28、s301，設(shè)置條件：根據(jù)實(shí)驗(yàn)或?qū)嶋H應(yīng)用的需求，設(shè)置合適的溫度和振蕩條件，根據(jù)活性炭纖維吸附劑的特性和磺胺嘧啶的吸附熱力學(xué)數(shù)據(jù)，選擇合適的吸附溫度，較高的溫度可以提高吸附速率，但降低吸附容量，在保證吸附效果的前提下，選擇較低的溫度以節(jié)約能源，根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和水體的體積，選擇合適的振蕩方式和振蕩速率，振蕩方式包括但不限于機(jī)械振蕩和磁力攪拌，同時在初始階段，可以設(shè)定較短的吸附時間間隔以觀察吸附效果的變化趨勢，當(dāng)吸附效果趨于穩(wěn)定時，延長檢測時間間隔，具體地，選擇適宜的吸附溫度，通常在室溫至50℃之間，具體溫度可根據(jù)活性炭纖維吸附劑的特性和磺胺嘧啶的吸附動力學(xué)特性來確定，以優(yōu)化吸附效率，通過機(jī)械振蕩器或磁力攪拌器等設(shè)備，對水體進(jìn)行持續(xù)而均勻的振蕩，以促進(jìn)磺胺嘧啶分子與活性炭纖維吸附劑表面的充分接觸和傳質(zhì)，提高吸附速率和效率。振蕩頻率和振幅應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，以避免對吸附劑造成破壞或影響吸附效果；

29、s302，吸附處理：在設(shè)定的溫度和振蕩條件下，讓活性炭纖維吸附劑與水體充分接觸，進(jìn)行吸附處理，其中吸附具體為：按照之前計算好的投加量，將活性炭纖維吸附劑均勻投入含有磺胺嘧啶的水體中，啟動振蕩設(shè)備，按照設(shè)定的振蕩方式和速率進(jìn)行振蕩，確?；钚蕴坷w維吸附劑在水體中均勻分散，使用恒溫設(shè)備控制水體的溫度，使其保持在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)，在設(shè)定的溫度和振蕩條件下，讓活性炭纖維吸附劑與水體充分接觸，進(jìn)行吸附處理。

30、更進(jìn)一步地，所述步驟s300還包括在吸附過程中，定期檢測水體中磺胺嘧啶的濃度，以評估吸附效果，具體為：在吸附過程每隔一段時間，從水體中取出一定量的樣品，確保取樣點(diǎn)的均勻性和代表性，使用高效液相色譜法和紫外分光光度法對取出的樣品進(jìn)行分析，檢測磺胺嘧啶的濃度，將分析得到的磺胺嘧啶濃度數(shù)據(jù)記錄下來，并繪制濃度隨時間變化的曲線圖進(jìn)行分析吸附效果的變化趨勢和評估吸附劑的性能。

31、更進(jìn)一步地，所述步驟s400當(dāng)吸附劑達(dá)到飽和或預(yù)定的吸附時間后，使用合適的分離方法，包括但不限于過濾和離心的方式，將吸附劑從水體中分離出來的具體步驟為：

32、s401，根據(jù)吸附劑對磺胺嘧啶的吸附量和吸附速率，判斷吸附劑是否達(dá)到飽和以及是否達(dá)到預(yù)定的吸附時間；

33、s402，使用過濾、離心和其他合適的分離方法，將吸附劑從水體中分離出來。

34、更進(jìn)一步地，所述步驟s500對分離出的吸附劑進(jìn)行必要的處理，包括但不限于再生、回收和安全處置的具體步驟為：

35、s501：再生處理（如果吸附劑具有再生價值）：首先評估吸附劑的再生價值，基于吸附劑的吸附性能、使用次數(shù)和污染程度來判斷；

36、熱解再生：將吸附劑放入熱解爐中，并確保爐內(nèi)無雜質(zhì)，逐步升高熱解爐的溫度至600-900°c下進(jìn)行，以去除吸附劑上吸附的污染物，在達(dá)到預(yù)定溫度后保持一段時間，然后逐漸冷卻至室溫，對再生后的吸附劑進(jìn)行性能檢測，確保其吸附性能恢復(fù)到可接受的水平；

37、化學(xué)清洗再生：根據(jù)吸附劑上吸附的污染物類型選擇合適的清洗劑，將吸附劑浸泡在清洗劑中以及通過循環(huán)流動的方式使清洗劑與吸附劑充分接觸，用去離子水和清水沖洗吸附劑，以去除殘留的清洗劑，將清洗后的吸附劑進(jìn)行干燥處理，去除多余的水分，對再生后的吸附劑進(jìn)行性能檢測。

38、s502：回收處理（對無法再生的吸附劑），根據(jù)吸附劑的材質(zhì)和污染物類型的因素進(jìn)行分類，對于某些有價值的材料包括但不限于金屬和貴重金屬，可以通過特定的回收工藝進(jìn)行提取，將回收的材料進(jìn)行再加工以及重新利用，對回收過程進(jìn)行記錄，包括回收量和去向，以便后續(xù)追蹤和管理；

39、s503：安全處置（對無法回收的吸附劑）

40、焚燒：將無法回收的吸附劑放入焚燒爐中，在控制溫度和燃燒條件下進(jìn)行焚燒，確保污染物被徹底分解，對焚燒過程中產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行凈化處理，確保排放符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，對焚燒產(chǎn)生的灰渣進(jìn)行無害化處理和資源化利用；

41、填埋：選擇符合環(huán)保要求的填埋場進(jìn)行填埋，對吸附劑進(jìn)行必要的預(yù)處理，包括但不限于壓實(shí)和封裝，按照填埋場的操作規(guī)范進(jìn)行填埋，對填埋場進(jìn)行定期監(jiān)測，確保環(huán)境安全。

42、有益效果

43、采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，與已知的公有技術(shù)相比，具有如下有益效果：

44、1、本發(fā)明通過采用具有高比表面積和良好孔結(jié)構(gòu)的活性炭纖維吸附劑，能夠高效去除水中的磺胺嘧啶，活性炭纖維的優(yōu)異吸附性能確保了磺胺嘧啶的有效去除，從而降低了水體中抗生素的殘留，對保護(hù)水資源和生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

45、2、本發(fā)明中，活性炭纖維吸附劑的制備過程靈活，可以根據(jù)需要選擇不同的碳源材料（如高分子聚合物、生物質(zhì)和化石燃料），并通過調(diào)整碳化、活化等步驟的參數(shù)來優(yōu)化吸附劑的性能，這種靈活性使得該方法能夠適應(yīng)不同水質(zhì)條件和磺胺嘧啶濃度的處理需求，具有廣泛的適用性。

46、3、本發(fā)明在吸附劑達(dá)到飽和或預(yù)定的吸附時間后，可以通過再生、回收和安全處置等方式對吸附劑進(jìn)行處理，這不僅延長了吸附劑的使用壽命，降低了處理成本，而且有助于減少廢棄物的產(chǎn)生，符合環(huán)保和資源循環(huán)利用的理念，同時，該方法的實(shí)施能夠減少磺胺嘧啶等抗生素對環(huán)境的潛在威脅，對維護(hù)生態(tài)平衡和人體健康具有積極作用。