本發(fā)明屬于水處理，涉及一種改性石墨烯材料及其在水處理中的應用。

背景技術：

1、磺胺甲惡唑(smx)是一種重要的磺胺類抗生素，被廣泛用于治療人類和動物的細菌感染疾病。由于其分子極性和化學穩(wěn)定性，磺胺甲惡唑經常在水環(huán)境中被檢出。水環(huán)境中的磺胺甲惡唑可能會誘導產生抗性細菌，抗性細菌再通過水平基因轉移的方式，將磺胺甲惡唑抗性基因轉移到宿主，對磺胺甲惡唑治療的有效性構成潛在威脅。

2、磺胺甲惡唑生產污水是一種富含碳水化合物、硫酸鹽和抗生素的有機污水。目前，厭氧消化處理技術可將污水中的污染物作為營養(yǎng)來源，實現抗生素與污染物的共代謝降解，這種技術具有污泥產量低、運行成本低、對有機物的耐受性高和去除效果好等優(yōu)點，是處理含抗生素的生產污水可靠而有效的選擇。

3、然而，常規(guī)厭氧消化處理對污水中抗生素的去除效果是有限的，特別是對于磺胺類抗生素。抗生素本身、硫酸鹽還原產物如硫化氫都可能對污泥中的功能微生物產生毒害作用?？股爻送ㄟ^直接抑制甲烷菌活性影響厭氧消化性能，還能通過揮發(fā)性脂肪酸的過量積累間接導致厭氧消化系統(tǒng)處理能力的下降。

4、已有研究表明，微生物對有毒物質的去除能力隨著胞外電子轉移能力的提高而增強，而投加氧化還原介質正是一種相對簡單高效的電子轉移促進手段。碳基材料如石墨烯由于具有較大的比表面積，可為抗生素的還原轉化提供更多的反應位點。然而石墨烯存在電導率低、容易聚集、表面官能團較少等缺陷，對含磺胺甲惡唑污水的凈化能力受到限制。為此，有必要對其進行改性，以減少或消除上述缺陷，進一步提升污水中的磺胺甲惡唑去除效果。

技術實現思路

1、為了進一步提高厭氧消化系統(tǒng)對含磺胺甲惡唑污水的處理能力，本發(fā)明提供一種電子傳導性能優(yōu)良的改性石墨烯材料及其在水處理中的應用。本發(fā)明提供如下詳細的技術方案。

2、首先，本發(fā)明提供一種改性石墨烯材料，所述改性石墨烯材料的制備方法包括：

3、1)將石墨烯分散于去離子水，超聲處理45～60min，得到石墨烯的水分散液；

4、2)向石墨烯的水分散液加入納米四氧化三鐵粉末，混合攪拌后超聲處理20～30min，得到石墨烯與納米四氧化三鐵的混合液；所述混合液中，以質量比計，石墨烯：納米四氧化三鐵＝1：10～14。

5、3)將所述混合液移入燒瓶，80～95℃水浴蒸干，自然冷卻后放入干燥箱干燥；

6、4)將步驟3)所得的干燥粉末放入管式爐，以氬氣為載氣，以5℃/min的速度升溫至300℃，保持2h后自然冷卻，即得。

7、另一方面，本發(fā)明還提供上述改性石墨烯材料在水處理中的應用，所述改性石墨烯材料用于含抗生素污水處理；所述抗生素為磺胺甲惡唑。

8、本發(fā)明還進一步提供一種含磺胺甲惡唑污水的處理方法，所述方法是將上述改性石墨烯材料投入污水處理系統(tǒng)，構建微生物與磺胺甲惡唑的電子傳輸通路，實現含磺胺甲惡唑污水的凈化處理。

9、進一步，上述處理方法包括：

10、1)將厭氧種泥接種至膨脹顆粒污泥床反應器，投加硫酸鹽進行還原馴化；

11、2)將含磺胺甲惡唑的污水通入經過馴化的膨脹顆粒污泥床反應器，并維持持續(xù)進水狀態(tài)；

12、3)向膨脹顆粒污泥床反應器投加所述改性石墨烯材料。

13、具體地，在步驟1)中，所述硫酸鹽為硫酸鈉；硫酸根濃度為2500mg/l。

14、或者，上述處理方法包括：

15、1)將厭氧種泥接種至膨脹顆粒污泥床反應器；

16、2)將含磺胺甲惡唑的污水通入膨脹顆粒污泥床反應器，并維持持續(xù)進水狀態(tài)；

17、3)向膨脹顆粒污泥床反應器投加所述改性石墨烯材料。

18、在上述兩種方法的步驟1)中，所述含磺胺甲惡唑的污水cod為10000mg/l。

19、在上述兩種方法的步驟2)中，含磺胺甲惡唑的污水在膨脹顆粒污泥床反應器中停留時間為48h，ph值為7～8，膨脹顆粒污泥床反應器溫度為37±1℃，回流比為1：20。

20、在上述兩種方法的步驟3)中，改性石墨烯材料的投加量為1g/l。

21、與現有技術相比，本發(fā)明“一種改性石墨烯材料及其在水處理中的應用”至少具有以下有益效果：

22、本發(fā)明利用氧化還原介質納米四氧化三鐵改性石墨烯，將制備的改性石墨烯與厭氧顆粒污泥結合，使顆粒污泥獲得了更大的比表面積，為附著在污泥上的電子供體和電子受體之間提供更多的反應位點。在磺胺甲惡唑的脅迫下，微生物分泌更多的胞外聚合物以抵御抗生素的毒性侵襲。其中，類腐殖酸和類黃腐酸等具有電化學活性的胞外聚合物大量生成，提高了污泥的導電性能，這減少了對直接種間電子傳遞途徑中細胞色素c和導電菌毛的依賴，從而使更多的能量被用于磺胺甲惡唑等污染物的去除。本發(fā)明開發(fā)了一種具有高電子傳遞能力的功能材料，為高濃度磺胺甲惡唑生產廢水的處理提供了實際解決方案。

技術特征：

1.一種改性石墨烯材料，其特征在于，采用納米四氧化三鐵制備改性石墨烯材料，制備方法包括：

2.權利要求1所述改性石墨烯材料在水處理中的應用，其特征在于，所述改性石墨烯材料用于含抗生素污水處理；所述抗生素為磺胺甲惡唑。

3.一種含磺胺甲惡唑污水的處理方法，其特征在于，所述方法為：將權利要求1所述的改性石墨烯材料投入污水處理系統(tǒng)，構建微生物與磺胺甲惡唑的電子傳輸通路，實現含磺胺甲惡唑污水的凈化處理。

4.根據權利要求3所述的處理方法，其特征在于，包括：

5.根據權利要求4所述的處理方法，其特征在于，在步驟1)中，所述硫酸鹽為硫酸鈉；硫酸根濃度為2500mg/l。

6.根據權利要求3所述的處理方法，其特征在于，包括：

7.根據權利要求4或6所述的處理方法，其特征在于，在步驟1)中，所述含磺胺甲惡唑的污水cod為10000mg/l。

8.根據權利要求4或6所述的處理方法，其特征在于，在步驟2)中，含磺胺甲惡唑的污水在膨脹顆粒污泥床反應器中停留時間為48h，ph值為7～8，膨脹顆粒污泥床反應器溫度為37±1℃，回流比為1：20。

9.根據權利要求4或6所述的處理方法，其特征在于，在步驟3)中，改性石墨烯材料的投加量為1g/l。

技術總結
本發(fā)明屬于水處理技術領域，公開了一種改性石墨烯材料及其在水處理中的應用。本發(fā)明采用納米四氧化三鐵改性石墨烯，制得具有優(yōu)良電子傳導性能的改性石墨烯材料，并將其進一步用于磺胺甲惡唑生產污水的處理，實現了良好的磺胺甲惡唑去除效果。所述改性石墨烯材料在微生物之間構建直接種間電子傳遞路徑，極大地提高了微生物的代謝活性，具有市場化應用的廣闊前景。

技術研發(fā)人員：王鑄,汪四方,孟凡松,江澤榮,張烤明,鄧岳鵬,胡春
受保護的技術使用者：廣州大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/9