香蕉茎活性炭在吸附阿莫西林中的应用的制作方法

本发明涉及一种活性炭的应用，具体涉及一种香蕉茎活性炭在吸附阿莫西林中的应用。属于活性炭应用领域。

背景技术

在大力发展绿色化学，绿色农业的大环境下，积极发展对农副活性炭类的二次利用是响应时代的追求，现阶段，活性炭制造业已经开始淘汰zncl2活化法制备活性炭，向h3po4活化法方向靠拢。根据最新数据统计，2016年世界范围的香蕉收获面积为434.97万公顷，产量在7024吨，其中收获面积及产量最大的亚洲国家是印度，为58.81万公顷和1484万吨，分别占世界的13.64％和23.74％；其次是位于南美洲的巴西。其它的香蕉主出产国还有中国、哥斯达黎加、越南、菲律宾、印度尼西亚、厄瓜多尔、泰国等国家。广西、云南、海南、福建、广东等几个省份有着我国香蕉种植面积的90％。我国香蕉种植业依旧发展良好，这代表着我们的原料香蕉茎来源是非常广泛的。同时也存在着巨大的研究价值。

据统计，一株香蕉植株高则可产出360～470g香蕉茎纤维，低则可产170～250g香蕉茎纤维。果农在收割其果实后,茎杆大多都废弃在田间。将原料大量回收变废为宝，可用广泛应用作炭化材料，有机饲料原料，化肥类，纺织原料,必将有利于增加香蕉种植业的效益和推动香蕉种植区的高新行业的发展，从而提高经济效益。

抗生素是今天医药界的必不可少的一种广泛使用的抗菌药物，我国不仅仅是抗生素使用大国，同时也是抗生素生产大国：年产抗生素原料大约21吨，出口3吨，其余自用(包括医疗与农业使用)，人均年消费量138g左右(美国仅13g)。因此我国是世界上抗生素滥用情况最严重的国家之一。抗生素滥用不仅仅是给人们带来不良反应、细菌耐药性、二重感染、延误病情等问题，更是给环境造成了严重的危害。因此抗生素废水的处理已经迫在眉睫。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种蕉茎活性炭在吸附阿莫西林中的应用。本发明的一种蕉茎活性炭是一种针对抗生素的吸附性良好的活性炭，为有效解决抗生素的废水处理提供一些理论上的探讨依据。

为实现上述目的，本发明提供一种香蕉茎活性炭的应用，香蕉茎活性炭作为吸附剂吸附水中的阿莫西林。

优选的，将香蕉茎活性炭置于含有阿莫西林的水中，香蕉茎活性炭吸附阿莫西林，设置吸附温度、ph值、吸附时间。

进一步优选的，香蕉茎活性炭对阿莫西林的吸附温度为30～50℃，进一步优选为40℃。

进一步优选的，香蕉茎活性炭对阿莫西林的吸附ph值为1～4。

进一步优选的，香蕉茎活性炭对阿莫西林的吸附时间为12h。

进一步优选的，香蕉茎活性炭在水中的投放量为3～4g/l。

上述香蕉茎活性炭的制备方法为：

(1)香蕉茎的预处理：将香蕉茎水洗去除表面的灰尘及杂质后，烘干，粉碎，过100目筛，得香蕉茎粉末；

(2)浸渍：将上述香蕉茎粉末与磷酸溶液按照一定的料剂比在室温下浸渍；

(3)活化：将浸渍后的香蕉茎粉末进行活化；

(4)清洗和烘干：将活化后的产物冷却后用去离子水清洗，于100℃的干燥箱中烘干，得到干燥的活性炭。

清洗的目的是洗去残留磷酸及炭活化过程中产生的化学物质，直至清洗液的ph为6-7。

室温指25℃。

步骤(2)所述料剂为香蕉茎粉末质量与磷酸溶液质量的比值。

优选的，步骤(2)所述磷酸的质量浓度为60％～80％，所述料剂比为1:1～1:6，所述磷酸溶液浸渍时间为3～18h。

优选的，步骤(3)所述活化温度为300～550℃，活化时间为45～120min。

本发明的有益效果：

本发明利用废弃的香蕉茎为原料，来源广泛、价廉易得且属可再生资源，变废为利，既有利于废弃物综合利用和环境保护，实现了对香蕉特色产业废弃物的资源化利用，也扩大了活性炭的原料来源，降低活性炭的生产成本。本发明中香蕉茎活性炭的氮气吸附脱附等温线为iv型。说明香蕉茎活性炭是介孔吸附剂，吸附机理为毛细凝聚。香蕉茎活性炭的比表面积1177.03m²/g。总孔容为1.90cm³/g；微孔体积为：0.38cm³/g，中孔体积为：1.52cm³/g。这说明香蕉茎活性炭吸附性能强，对水中阿莫西林的去除率最高可达90％，在解决抗生素的净化处理问题中具有很好的应用前景。

附图说明

图1是n2气吸/脱附等温线；

图2是香蕉茎活性炭的孔径分布图；

图3是阿莫西林溶液的吸光度与波长关系图；

图4是阿莫西林的标准曲线图；

图5是ph与水中阿莫西林去除率的关系图；

图6是吸附温度与水中阿莫西林的去除率关系图；

图7是投放量与水中阿莫西林的去除率关系图；

图8是吸附时间与水中阿莫西林的去除率关系图；

图9是吸附动力学分析。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。

1.制备香蕉茎活性炭：

(1)香蕉茎的预处理：将香蕉茎水洗去除表面的灰尘及杂质后，烘干，粉碎，过100目筛，得香蕉茎粉末；

(2)浸渍：将上述香蕉茎粉末与质量分数为70％的磷酸溶液按照1：5的料剂比在室温下浸渍12小时；

(3)活化：将浸渍好的香蕉茎粉末在450℃下进行活化75分钟。

(4)清洗和烘干：将活化后的香蕉茎活性炭冷却后用去离子水反复清洗，洗去残留磷酸及炭活化过程中产生的化学物质，直至清洗液的ph为6-7，得到湿活性炭，将湿活性炭置于100℃的干燥箱中烘干，得到干燥的活性炭。

将干燥好的活性炭样品，准确称重后，在300℃，常压的环境下，预处理10h后，使用孔隙及比表面分析仪测出其比表面积和微孔中孔分布情况。

由asap2020全自动比表面积分析仪，检测出香蕉茎活性炭的比表面积为1177.03m²/g。总孔容为1.90cm³/g；微孔体积为：0.38cm³/g，中孔体积为：1.52cm³/g。

香蕉茎活性炭的氮气吸附脱附等温线为iv型。由图中1可以看出香蕉茎活性炭的吸附、脱附曲线存在明显的回线，符合第4类吸附等温线的特征。在相对压力低于0.03时，随着压力的增加，吸附曲线显著增加，这时候主要是形成单分子的吸附层，当相对压力在0.03～0.60时，单分子层吸附逐渐达到饱和，并开始进行多层吸附；在相对压力大于0.60后，曲线产生滞后回线，说明在较高的相对压力下发生了毛细凝聚现象，由于曲线在此阶段上升缓慢，说明中孔的分布比较宽。在相对压力低于0.60时，吸附曲线和脱附曲线是完全重合的，没有发生毛细凝聚现象，孔已经被完全的填满，说明材料中存在发达的中孔结构，有利于吸附分子量为419.45的阿莫西林。阿莫西林孔径分布情况如图2所示。

2.香蕉茎活性炭对水中阿莫西林的吸附：

使用可见光分光光度法，以福林酚为显色剂，在390～760nm的可见光区进行扫描，确定其最大吸收波长，如图3所示。准确移取阿莫西林100mg/l标准溶液1.0ml、2.0ml、3.0ml、4.0ml、5.0ml于五个不同的50ml比色管中，每支管加入10ml的福林酚，在95℃水浴0.5h，冷却至室温后，用去离子水稀释至25ml摇匀后，在最大吸收波长处测得吸光度，建立一条线性回归方程，制得标准曲线，如图4所示。在250ml的磨口锥形瓶中，加入阿莫西林浓度为100mg/g的100ml溶液，后加入一定量的香蕉茎活性炭，在恒定的温度下，在恒温振荡器上震荡一定时间后，过滤，移取5ml滤液，加入10ml的福林酚，在95℃水浴30min后，冷却到室温后，去离子水稀释到25ml，在溶液的最大吸收波长下(432nm)以空白作参比，测定吸光度，通过标准曲线法确定滤液的阿莫西林剩余溶液浓度。

由式1-1计算溶液中的阿莫西林去除率η(％)

式1-1

吸附量q的计算

式1-2

式中c0：阿莫西林溶液初始浓度，mg/l

ct：阿莫西林溶液剩余浓度，mg/l

v：阿莫西林的体积，l

m：香蕉茎活性炭的用量，g

3.ph值对水中阿莫西林的去除率影响

在吸附温度30℃，吸附时间3h，震荡速率为120r/min，活性炭投放量为0.1g，改变溶液的ph值，得到不同ph值下香蕉茎活性炭对阿莫西林的去除率。

由图5中曲线趋势看出：酸性环境对提高香蕉茎活性炭的吸附能力有着较大的帮助，但是过酸的环境下，阿莫西林的去除率有所下降，ph＝3时到达峰值。

4.吸附温度对水中阿莫西林的去除率影响

在吸附时间为3h，震速为120r/min，ph＝7，准确称取0.1g香蕉茎活性炭投入到100ml浓度为100mg/l的阿莫西林溶液。探究改变吸附温度，香蕉茎活性炭对水中阿莫西林的去除率。

由图6可以看出，在40℃前，香蕉茎活性炭对阿莫西林的去除率在上升，这是因为温和的吸附温度，可以令溶质分子的无序运动更频繁。过高的温度对吸附的进行是不利的，因为活性炭吸附阿莫西林的过程是一个自发的放热过程，高温会阻碍吸附的进行。

5.投放量对水中阿莫西林的去除率影响

在吸附时间为3h，震荡速为120r/min，吸附时间为3h，ph＝7准确称取一定量香蕉茎活性炭投入到100ml浓度为100mg/l的阿莫西林溶液。改变活性炭投放量，得到活性炭投放量对对水中阿莫西林的去除率。

从图7中数据表明，投放量在3g/l时，去除率已达最高。所以最佳投放量为3g/l。

6.吸附时间对水中阿莫西林的去除率影响

在控制吸附温度30℃，震速为120r/min，投放量为1g/l，ph＝7准确称取0.1g香蕉茎活性炭投入到100ml浓度为100mg/l的阿莫西林溶液。探究改变吸附时间，计算香蕉茎活性炭对水中阿莫西林的去除率。

由图8中得知，香蕉茎活性炭在吸附12h后达到了平衡吸附。活性炭对水中阿莫西林平衡吸附时间在12h。

7.吸附动力学实验结果如图9所示，分析吸附动力学曲线可知，香蕉茎活性炭对阿莫西林的吸附在9h前，吸附速率较快；在12h后，已达到吸附平衡，吸附量的变化量不大。这是因为吸附初期的活性炭的孔隙数量多，微孔，中孔的空间没有被外来物质所占据。吸附初期处于表面的孔隙，被阿莫西林快速占据，而较深的孔隙结构因内阻的存在，占据困难，使得吸附量的增加速率慢下来，随着吸附时间的增加，最终达到了吸附平衡。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。