本發(fā)明屬于材料領(lǐng)域，涉及一種筍殼基活性炭的制備方法及使用方法.

背景技術(shù)：

染料廢水水量大、成分復(fù)雜、色度深、毒性強，如果未經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)處理，直接排放到水體中，必將造成污染，給生態(tài)環(huán)境和人類健康帶來危害。隨著染料種類不斷增加、染色工藝不斷發(fā)展，染料廢水更加復(fù)雜。利用相應(yīng)技術(shù)處理不同種類染料廢水，實現(xiàn)廢水達(dá)標(biāo)排放或回收利用，已成為當(dāng)前環(huán)境治理迫切需要解決的問題。目前常用的方法有：化學(xué)法、電化學(xué)還原法、膜分離法、水生物法、離子交換法和吸附法等。

吸附法能夠選擇性地吸附有機化合物，對染料廢水的去除效果明顯，目前活性炭是應(yīng)用最為普遍的一類吸附劑，它的比表面積大，吸附能力強，選擇性好，對大多數(shù)染料廢水都具有良好的處理效果。但是活性炭成本高，再生困難，因此開發(fā)新型高效價廉的吸附劑，如一些天然植物材料，價格低廉，來源豐富，將其改性處理后，用來做吸附劑處理染料廢水，具有廣闊的應(yīng)用前景。

筍殼作為農(nóng)作物的產(chǎn)物，其中含有豐富的纖維素、半纖維素以及木質(zhì)素等有機成分，因而具有眾多的羥基、羧基和氨基等官能團(tuán)，可以與吸附劑發(fā)生離子交換、絡(luò)合等作用。如果加入或去除某些基團(tuán)，就有可能提高筍殼的吸附能力或?qū)δ承┗鶊F(tuán)或離子進(jìn)行選擇性的吸附能力。將筍殼進(jìn)行改性處理，降低纖維素的結(jié)晶度、聚合度，破壞纖維素、半纖維素的結(jié)合層，有效地增加比表面積，能夠增加筍殼的吸附性能。

化學(xué)法是一種比較簡易、有效的處理染料廢水的方法。依據(jù)不同的處理物質(zhì)，采用不同的處理工藝與方法，但也引入了新的污染物質(zhì)，造成新的污染問題。

電化學(xué)還原法是一種將電化學(xué)法與催化工藝技術(shù)相結(jié)合而發(fā)展起來的更高效、更經(jīng)濟、更具競爭力的廢水處理技術(shù)。具有選擇性高、自動化程度高等優(yōu)點，但是所用的金屬電極材料容易出現(xiàn)表面的腐蝕、鈍化以及表面污染等現(xiàn)象。

膜分離法是通過膜的選擇透過性將污染物和水進(jìn)行分離。但費用較高，且膜的質(zhì)量將直接影響去除效果，需要對膜進(jìn)行及時的清洗和更換，因此在實際應(yīng)用中受到較大的制約。

水生物法是利用水生植物以及其根系位置的微生物吸收、累積并且全部或部分還原降解水中離子的技術(shù)，主要應(yīng)用于富營養(yǎng)化水體中氮磷的處理，但現(xiàn)階段利用該法吸附處理多處于實驗室的研究階段。

離子交換法是利用離子交換樹脂對染料廢水進(jìn)行脫色處理，但由于離子交換樹脂不能適應(yīng)各種類型染料的分離，而且操作費用高，去除分散染料的效果有限，使得離子交換樹脂未能在染料廢水處理中廣泛應(yīng)用。

吸附法處理染料廢水具有方便簡便、效率高、投資少、周期短等特點，經(jīng)濟適用，符合我國國情，歷來受到重視?；钚蕴烤哂斜缺砻娣e大，孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)等特點，是一種高性能的吸附劑，可廣泛應(yīng)用于多種氣相和液相污染物的去除。但是由于成本高和再生損耗高等缺點限制了其使用的范圍。未改性的生物質(zhì)本身對染料也具有一定的吸附能力，主要是依靠纖維素、半纖維素等結(jié)構(gòu)中的功能性基團(tuán)，如羥基、羧基等與水中的染料離子發(fā)生相互作用。但是直接利用生物質(zhì)作為水處理吸附劑，吸附效果比較差，為了提高吸附效果，必須對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行活化改性。

活性炭的細(xì)孔構(gòu)造與活化方法和活化條件有關(guān)，常用的活化方法有物理活化法和化學(xué)活化法。

物理活化法一般包括兩個步驟，首先是含碳材料的炭化過程，然后高溫炭化的產(chǎn)物在通入活化氣體的條件下升溫活化。活化氣體一般采用二氧化碳、水蒸氣、空氣或者它們的混合氣體。二氧化碳是常用的活化氣體，活化反應(yīng)速率較慢，活化反應(yīng)速率較慢，易于控制活化反應(yīng)過程，因此應(yīng)用廣泛。采用農(nóng)業(yè)廢棄物等作為原材料，采用物理活化法制備了木質(zhì)活性炭。一般反應(yīng)過程需要較高的活化溫度。

化學(xué)活化法制備活性炭工藝較為簡單，一般用化學(xué)活化劑按一定比例與原料浸泡，進(jìn)行脫水和氧化，然后在高溫條件下炭化和活化反應(yīng)同時完成?；瘜W(xué)活化法炭化和活化反應(yīng)過程一步完成，能耗低，能夠在較低的溫度下制備孔結(jié)構(gòu)良好的活性炭。當(dāng)前，化學(xué)活化法廣泛地用于生物質(zhì)基活性炭的制備。常用的活化劑有氯化鋅、氫氧化物、磷酸和碳酸鉀等。

筍殼在我國是極為豐富的自然資源，以往總是被當(dāng)作農(nóng)業(yè)廢棄物直接丟棄或焚燒，不僅污染環(huán)境，而且更是一種資源的浪費。筍殼的主要成分為木質(zhì)素、纖維素和半纖維素，筍殼中含有大量的含氧官能團(tuán)(羥基)，成為制備活性炭的首選材料。利用筍殼廢棄物來制備活性炭，并對活性炭進(jìn)行負(fù)載改性，可以有效提高其對染料廢水的吸附能力。

技術(shù)方案：

為解決當(dāng)前染料污水處理問題，本發(fā)明提供了一種筍殼基活性炭的制備方法及使用方法。

本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種筍殼基活性炭的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一)使用自來水清洗筍殼，再用蒸餾水清洗筍殼；將筍殼放入烘箱內(nèi)，在70℃條件下烘干，粉碎，過60目分樣篩，得到筍殼粉末；

步驟二)將無水乙醇和0.2-0.5mol/L的氫氧化鈉溶液以1:1的比例混合，再加入筍殼粉末，固液比為1:8g/ml；浸泡24h后，水洗至pH值為中性，經(jīng)離心分離后，將沉淀置于烘箱內(nèi)70℃烘干，得到預(yù)處理筍殼粉末；

步驟三)將預(yù)處理筍殼粉末放入馬弗爐內(nèi)，在300-500℃的溫度下煅燒2-5h，得到筍殼基活性炭粉末；

步驟四)將10-20重量份的活性劑溶解在200重量份水中，加入5重量份筍殼基活性炭粉末，室溫下磁力攪拌24h，逐滴滴加濃氨水至pH為10，加入0.1-1.0重量份硅酸鈉，繼續(xù)攪拌1h。沉淀完全后過濾，用蒸餾水洗滌沉淀物，再將沉淀物置于烘箱中烘干，得到筍殼基活性炭前驅(qū)體；

步驟五)將筍殼基活性炭前驅(qū)體在300-500℃下熱處理2-3h，得到筍殼基活性炭。

進(jìn)一步的改進(jìn)，所述活性劑為氯化鎂、氯化鋅、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鎂、磷酸或硝酸。

進(jìn)一步的改進(jìn)，所述活性劑為氯化鎂。

本發(fā)明還提供了一種使用筍殼基活性炭處理染料廢水的方法，在250重量份的染料廢水中加入1重量份的筍殼基活性炭，將染料廢水的pH調(diào)節(jié)為8，在303K的溫度下，靜態(tài)吸附80min。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點

本發(fā)明以農(nóng)業(yè)廢棄物筍殼和氯化鎂作為原材料，硅酸鈉為粘合劑來制備活性炭。采用乙醇和氫氧化鈉來進(jìn)行筍殼的前處理，乙醇可以去除筍殼中的色素等小分子化合物，氫氧化鈉則可與纖維素中的醇羥基或酚羥基反應(yīng)，生成醇鈉，有利于提高生物吸附劑對染料廢水的吸附效率。選取氯化鎂作為活化劑得到的活性炭可同時具有親水性和非親水性的特性，在吸附染料廢水治理中具有良好的性能。氯化鎂筍殼基活性炭吸附結(jié)晶紫是自發(fā)吸熱過程。并利用熱力學(xué)和動力學(xué)模型分析了氯化鎂筍殼基活性炭吸附結(jié)晶紫的吸附熱力學(xué)、動力學(xué)特征及吸附機理，為氯化鎂筍殼基活性炭廣泛應(yīng)用于染料廢水的處理提供一定的理論研究基礎(chǔ)。

具體實施方式：

實施例1

一種筍殼基活性炭的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一)使用自來水清洗筍殼，再用蒸餾水清洗筍殼；將筍殼放入烘箱內(nèi)，在70℃條件下烘干，粉碎，過60目分樣篩，得到筍殼粉末；

步驟二)將無水乙醇和0.2mol/L的氫氧化鈉溶液以1:1的比例混合，再加入筍殼粉末，固液比為1:8g/ml；浸泡24h后，水洗至pH值為中性，經(jīng)離心分離后，將沉淀置于烘箱內(nèi)70℃烘干，得到預(yù)處理筍殼粉末；

步驟三)將預(yù)處理筍殼粉末放入馬弗爐內(nèi)，在300℃的溫度下煅燒5h，得到筍殼基活性炭粉末；

步驟四)將10-20重量份的氯化鋅溶解在200重量份水中，加入5重量份筍殼基活性炭粉末，室溫下磁力攪拌24h，逐滴滴加濃氨水至pH為10，加入0.1重量份硅酸鈉，繼續(xù)攪拌1h。沉淀完全后過濾，用蒸餾水洗滌沉淀物，再將沉淀物置于烘箱中烘干，得到筍殼基活性炭前驅(qū)體；

步驟五)將筍殼基活性炭前驅(qū)體在400℃下熱處理2-3h，得到筍殼基活性炭。

實施例二

一種筍殼基活性炭的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一)使用自來水清洗筍殼，再用蒸餾水清洗筍殼；將筍殼放入烘箱內(nèi)，在70℃條件下烘干，粉碎，過60目分樣篩，得到筍殼粉末；

步驟二)將無水乙醇和0.5mol/L的氫氧化鈉溶液以1:1的比例混合，再加入筍殼粉末，固液比為1:8g/ml；浸泡24h后，水洗至pH值為中性，經(jīng)離心分離后，將沉淀置于烘箱內(nèi)70℃烘干，得到預(yù)處理筍殼粉末；

步驟三)將預(yù)處理筍殼粉末放入馬弗爐內(nèi)，在400℃的溫度下煅燒4h，得到筍殼基活性炭粉末；

步驟四)將15重量份的氯化鎂溶解在200重量份水中，加入5重量份筍殼基活性炭粉末，室溫下磁力攪拌24h，逐滴滴加濃氨水至pH為10，加入0.5重量份硅酸鈉，繼續(xù)攪拌1h。沉淀完全后過濾，用蒸餾水洗滌沉淀物，再將沉淀物置于烘箱中烘干，得到筍殼基活性炭前驅(qū)體；

步驟五)將筍殼基活性炭前驅(qū)體在300℃下熱處理3h，得到筍殼基活性炭。

實施例三

步驟一)使用自來水清洗筍殼，再用蒸餾水清洗筍殼；將筍殼放入烘箱內(nèi)，在70℃條件下烘干，粉碎，過60目分樣篩，得到筍殼粉末；

步驟二)將無水乙醇和0.5mol/L的氫氧化鈉溶液以1:1的比例混合，再加入筍殼粉末，固液比為1:8g/ml；浸泡24h后，水洗至pH值為中性，經(jīng)離心分離后，將沉淀置于烘箱內(nèi)70℃烘干，得到預(yù)處理筍殼粉末；

步驟三)將預(yù)處理筍殼粉末放入馬弗爐內(nèi)，在500℃的溫度下煅燒2h，得到筍殼基活性炭粉末；

步驟四)將20重量份的85％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的磷酸于在200重量份水中，加入5重量份筍殼基活性炭粉末，室溫下磁力攪拌24h，逐滴滴加濃氨水至pH為10，加入1.0重量份硅酸鈉，繼續(xù)攪拌1h。沉淀完全后過濾，用蒸餾水洗滌沉淀物，再將沉淀物置于烘箱中烘干，得到筍殼基活性炭前驅(qū)體；

步驟五)將筍殼基活性炭前驅(qū)體在500℃下熱處理2h，得到筍殼基活性炭。

實施例4吸附能力測試

稱取0.1g實施例2中制取的筍殼基活性炭加入到25mL質(zhì)量濃度為20-200mg/L結(jié)晶紫染料，調(diào)節(jié)溶液的pH值為4-11，恒溫振蕩器溫度293-333K，靜態(tài)吸附30-100min后，離心得到濾液。將濾液采用分光光度法測定結(jié)晶紫的吸光度來確定其質(zhì)量濃度。用紫外可見分光光度計在結(jié)晶紫的最大吸收波長590nm處，以蒸餾水為空白溶液測定各溶液的吸光度。分析濾液中剩余結(jié)晶紫的質(zhì)量濃度，計算出氯化鎂筍殼基活性炭對結(jié)晶紫的吸附量。結(jié)果表明，吸附量均隨初始質(zhì)量濃度、pH值、溫度和吸附時間的增大而增大。

綜合考慮各方面的因素，摸索出吸附實驗的最佳條件：0.1g筍殼基活性炭加入到25mL質(zhì)量濃度為100mg/L結(jié)晶紫染料，調(diào)節(jié)溶液的pH值為8，恒溫振蕩器溫度303K，靜態(tài)吸附80min，此時吸附量達(dá)到11.5mg/g。