万古霉素菌渣资源化处理罗丹明 B 废水性能研究(1) - 新闻资讯 - 破乳剂|COD去除剂|乳化液|含油|煤化工废水处理|济南乾来环保

摘要抗生素生产过程产生的菌渣含有大量抗生素被列为危险废物，对其进行无害化、资源化处理是一种良好的解决途径。本论文使用热解碳化的方式，将万古霉素菌渣制备成吸附剂，并用于染料废水的处理。利用 SEM、BET 和Zeta 电位等对其进行表征，结果表明 600℃热解条件下所制备的菌渣生物炭吸附性能最佳。将其应用于溶液中罗丹明B（RB）的吸附去除，结果表明，在初始 RB 浓度为 20 mg/L，吸附 30 min 内达到平衡，溶液中 RB 的去除率最高能达到 97.16%。菌渣生物炭对罗丹明 B 的吸附为准一级动力学吸附。万古菌渣生物炭，能够作为一种吸附剂，在罗丹明 B 废水处理上有较好的应用前景。

关键词万古霉素菌渣；生物炭；吸附；罗丹明 B

0 引言

我国即是抗生素使用大国，又是生产大国，年产生抗生素菌渣约 200 多万吨。然而，在抗生素发酵过程中，会产生发酵残渣、发酵废水等多种废弃物。抗生素的废水和固废会对土壤、生态环境以及人体健康造成严重危害。因此，其被 2016 年颁布的《国家危险废物名录》列为危险废品，应依据危险废物要求对其进行处理。有研究表明通过热解碳化不仅可以处理菌渣中残留的抗生素，而且可形成生物炭，实现资源化处理。Xu 等制备了农作物秸秆生物炭，其对甲基紫的具有较好的去除效果，其中 156 g 稻壳炭几乎完全去除 18.2 L 水中浓度为 1.0 mmol/L 的甲基紫。Zhang 等[8]利用坚果壳为原料，制备生物炭，其对亚甲基蓝的吸附能力高达 1282 mg/g。Mondal[9]等人利用绿豆皮作为原料制备生物炭，其对布洛芬的吸附能力达 59.76%。Yang[10]等通过粪便制备的生物炭，对刚果红的吸附能力打 1.0 g/L,对亚甲基蓝的吸附达 0.5 g/L。

染料在纺织、印染和涂料等行业中广泛应用。罗丹明 B（RB）是常见的碱性染料，该染料能够透过人体的皮肤，引发头痛、呼吸损伤等。因此，高效去除废水中的罗丹明 B 等染料至关重要[13] 。本文将万古霉素菌渣通过热解的方式制备成万古霉素生物炭（VANBC），处理染料废水，实现了抗生素菌渣的无害化、资源化利用[14] 。采用场发射扫描电镜测试（SEM）、比表面积及孔径分析（BET）[15]和傅里叶红外光谱测试（FT-IR）等方法对所制备的碳材料进行表征，研究其在不同条件下对罗丹明 B 染料废水的处理性能。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器
实验材料：万古菌渣（该菌渣在絮凝时加入了生石灰、氢氧化钠、聚合硫酸铁、聚丙烯酰胺），丽珠集团福州福兴医药有限公司；罗丹明 B，上海麦克林生化科技有限公司；HNO3 国药集团化学试剂有限公司；NaOH，西陇科学股份有限公司；均为分析纯。实验仪器：UV-5100 型紫外可见分光光度计（上海元析仪器有限公司）；OFT-1200X 型管式炉（合肥科晶材料技术有限公司）；DF-101S 型集热式恒温加热磁力搅拌器（巩义市予华仪器有限责任公司）；Regulus 8100 场发射扫描电镜（日本 Hitachi 公司），Nicolet is10 傅里叶原位红外光谱仪（美国-Thermo Fisher 公司）；Nano zs 纳米粒度和 ZETA 电位分析仪（Malvern Panalytical 公司）；Belsorp-miniⅡ型全自动比表面积/孔隙分析仪（日本麦奇克拜尔有限公司）。

1.2 万古霉素菌渣生物炭制备

将万古菌渣置于真空干燥箱中，80 ℃条件下烘干，对烘干后的菌渣进行研磨、200 目过筛。将处理过的菌渣置于管式炉内的石英舟中，通入氩气保护，以 5 ℃/min 的升温速率加热至 600 ℃，并保温 3 h，冷却至室温后，将菌渣生物炭取出。

1.3 万古霉素菌渣生物炭吸附去除罗丹明 B

将 200 mL 初始浓度为 20 mg/L 的罗丹明 B 溶液置于 25 ℃恒温水浴锅中，用 HNO3和 NaOH 调节 pH，加热并搅拌 10 min，后称取一定量的菌渣生物炭加入溶液中，每隔 5 min 取 1.5mL 溶液，0.45 μm 滤头过滤后，用紫外可见分光光度计在 RB 的吸收峰（λ=554 nm）波长下，测量溶液的吸光度，进而确定水中 RB 浓度。

2 结果与讨论

2.1 材料表征与分析

如图 1 所示，是 600 ℃热解制备的菌渣生物炭表面粗糙，呈片状或颗粒状，具有一定的孔隙结构，VANBC 的表面有一定的吸附位点，使其具有一定的吸附能力。

图 2 是菌渣在 400 ℃、600 ℃、800、℃热解后生物炭的傅里叶红外光谱，记为 T400、T600、 T800。与多数的生物质一样，菌渣生物炭的成分比较复杂，其红外特征峰难以精确地予以归属。大致而言，如图五可见 T400 在 3423cm-1 处存在较宽且延伸的-OH 伸缩振动峰，T600、T800 在同样位置也有同样的峰，三种温度下热解的生物炭都有-OH。T400和 T600分别在 1153 cm-1、1155 cm-1存在 C-O的伸缩振动，而 C800没有，表明在 800℃下，C-O 基本被破坏。

经测定，样品的比表面积为 8.5486 m2/g。从图中可以看出菌渣生物炭材料的吸附-脱附等温线可以归类于Ⅳ型等温曲线,表明材料是具有微孔、中孔和大孔结构的材料。通过 BJH 方法拟合的孔径分布曲线可以看出，其孔径分布较宽，在 0-100 nm 之间。因此，菌渣生物炭的具有一定的吸附性能。

如图 4 所示，当 pH 值从 3 升高到 10 的过程中，菌渣生物炭在水溶液中的 Zeta 电位从正值变为负值。因此，溶液的酸碱性对菌渣生物炭的表面电荷具有重要影响，进而影响了其对污染物的吸附能力。如图 4 所示，菌渣生物炭的等电位点在 5-6 之间。当 pH 值低于等电位点时，菌渣生物炭表面带正电荷。相反，当 pH 高于等电位点时，菌渣生物炭发生去质子过程，增强了其对阳离子型染料的吸附。通常情况下认为罗丹明 B 是阳离子染料，其水溶液带正电。因此，在 pH=6 条件下，其对罗丹明 B 的吸附量大于 pH=3。然而随着溶液 pH 的增大，罗丹明 B 表面带负电，与菌渣生物炭表面电荷相互排斥，导致在 pH=9 条件下罗丹明 B 的去除率降低。

2.2 热解温度对菌渣生物炭吸附性能的影响

在 400、600、800℃条件下热解万古霉素菌渣，制备菌渣生物炭。菌渣投量为 4 g/L，如图 5 所示，当热解温度从 400 ℃升到 600 ℃，菌渣生物炭对罗丹明 B 的吸附性能大幅提高，RB 的去除率由 70.26%升高至 92.15%。400 ℃热解温度过低，这是因为在较低的温度下，菌渣碳化后的孔隙结构形成不充分。适当升高热解温度有利于菌渣生物炭孔隙结构的形成，进而提高了其对污染物的吸附能力[19] 。当热解温度继续升高至 800 ℃，罗丹明 B 去除率反而降低了 15.60%。热解温度过高，一些微孔和中孔将会坍塌并形成较大的孔结构。此外，生物炭表面的羟基、羧基等官能团对其吸附性能具有重要影响。温度过高，菌渣生物炭表面结构、基团被破坏，吸附性能下降。因此，600 ℃条件下热解，所得到的生物炭的吸附性能最佳。

原标题：万古霉素菌渣资源化处理罗丹明 B 废水性能研究

原作者：黄霈雯，陈雄建，陈隋晓辰，金延超

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