專利名稱：一種生物吸附材料、制備方法及其用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新的生物吸附材料。尤其涉及應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域、特別是用于高效清除水面石油的生物吸附材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
石油，作為人類能源最重要的物質(zhì)財(cái)富，在給人類帶來經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的同時(shí)，也給人類生存的環(huán)境帶來了嚴(yán)重威脅。海洋水體油污染主要來源于海底溢油、海上石油生產(chǎn)、海洋運(yùn)輸、城市污染水排放等，同時(shí)油庫、輸油管泄漏造成河流污染事件也時(shí)有發(fā)生。 全世界每年有10億噸原油經(jīng)海上運(yùn)輸，其中約有320萬噸因泄漏污染海洋，據(jù)聯(lián)合國有關(guān)組織統(tǒng)計(jì)，每年海上油井井噴事故和油輪事故造成的溢油高達(dá)2. 2 X 107t,大量石油瞬間溢出進(jìn)入海洋環(huán)境，通過擴(kuò)散、漂移等作用可對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境以及社會(huì)造成嚴(yán)重破壞，美國墨西哥灣石油污染足以說明石油污染對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境造成巨大破壞作用。目前，海洋和河流石油污染還是個(gè)世界級(jí)難題，目前通常采用人工、化學(xué)、物理及微生物降解方法，采用人工和化學(xué)方法的步驟第一步是先布設(shè)圍油欄，防止污染區(qū)域進(jìn)一步擴(kuò)大。在將海面的污染區(qū)域圍起來后；第二步就是出動(dòng)清污船只，利用吸油器或者吸油氈清理油污，就是把這些石油抽出來，但這樣做油污處理不徹底，只能是盡量把損失降到最低。第三步，用專門的破乳劑使得油、水分層，然后再加以清理，也就是用一些消油劑，將污染物徹底分解。但分解后，會(huì)沉于海底，有很大的潛在污染危害。利用高速離心機(jī)(轉(zhuǎn)速高于12000rpm)可分離水中的石油，出水的含油濃度可降至20 30mg/L，由于該方法運(yùn)行能耗較高，故限制了其應(yīng)用。膜分離技術(shù)是20世紀(jì)開發(fā)成功的新型高效精密分離技術(shù)，膜分離技術(shù)具有操作簡單，分離效果好，可回收油等優(yōu)點(diǎn)。但所用膜污染嚴(yán)重，不易清洗，運(yùn)行費(fèi)用較高，需要進(jìn)一步開發(fā)性能優(yōu)良的膜材料和膜污染控制技術(shù)，以降低成本。至于采用微生物修復(fù)石油污染的方法，如果是基因工程菌，涉及生物安全性問題，并不為業(yè)界所重視。如果是天然的菌種，其修復(fù)的濃度很低，時(shí)間很長，無法解決大的污染事故。用微生物降解的例子早在上個(gè)世紀(jì)八十年代美國就用過了，不過微生物修復(fù)一般需要添加表面活性劑，而且還有個(gè)缺點(diǎn)就是修復(fù)時(shí)間太長，通常都要好幾個(gè)月甚至幾年才能徹底修復(fù)完全。因此，需要開發(fā)更為經(jīng)濟(jì)有效的方法及材料來處理這個(gè)問題。玉米秸稈內(nèi)芯本身就是一種含碳的、不會(huì)沉積的、天然吸附材料，它們的特殊結(jié)構(gòu)能有效吸附有害物質(zhì)，是簡單、實(shí)用的吸附材料。然而，未經(jīng)處理的玉米秸稈芯對(duì)水的吸附遠(yuǎn)大于對(duì)石油的吸附，親水性極強(qiáng)，優(yōu)先吸水，很容易在玉米秸稈芯表面形成水膜，從而阻止對(duì)油的吸附。采用現(xiàn)有技術(shù)中常用的炭化處理技術(shù)往往步驟繁瑣，處理需要高溫條件，不利用推廣應(yīng)用。因此尚未有利用玉米秸稈芯制作生物吸油材料解決水面石油污染的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高效清除水面石油的生物吸油材料及其制備方法。所述的生物吸附材料的制備方法是將玉米秸稈芯在200 300°C條件下炭化1 3小時(shí)。優(yōu)選的實(shí)施方式中，炭化溫度是200°C。更優(yōu)選地，是在200°C條件下炭化1小時(shí)。進(jìn)一步地，本發(fā)明方法的優(yōu)選實(shí)施方式包括如下步驟①玉米秸稈分揀、篩選；②玉米秸稈去皮獲得玉米秸稈芯，并沿徑向切割成1 IOcm片狀或塊狀材料；③步驟②處理后材料置于馬氟爐中，200°C條件下加熱1小時(shí)，冷卻后取出。其中所述的玉米秸稈去皮可以采用機(jī)械壓碎去皮或者人工去皮。所述的炭化優(yōu)選在馬氟爐中進(jìn)行，其工作電壓220V、加熱功率2. 5KW、極限溫度 1050 O。本發(fā)明另一方面的目的是提供上述本發(fā)明任一方法制備的生物吸附材料。本發(fā)明再一方面的目的在于提供本發(fā)明的生物吸附材料的應(yīng)用，尤其是在清除水面石油中的應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)該目的，需要將本發(fā)明的生物吸附材料與水面石油接觸的步驟。本發(fā)明將玉米秸稈芯通過物理方法改性，大大降低了對(duì)水的吸附，增加了對(duì)石油的吸附性，控制其優(yōu)先吸油，吸油速度快。該生產(chǎn)方法簡單、實(shí)用，材料無污染，操作溫度低， 能耗小。本發(fā)明充分利用大量過剩、成本低廉的玉米秸稈，變廢為寶，用玉米秸稈芯制作成生物吸油材料，所得材料比重小，易于運(yùn)輸和回收，吸油前后浮于水面不變形。并且吸附后的玉米秸稈芯還可以作為工業(yè)原料或替代能源。并且該材料能實(shí)現(xiàn)快速清除水面石油污染的目的，有效地避免油污的大面積擴(kuò)散和二次污染，對(duì)于保護(hù)海洋與河流生態(tài)與環(huán)境具有重要的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)意義。


本發(fā)明附圖1幅，是本發(fā)明生物吸附材料的顯微照片。
具體實(shí)施例方式下述非限制性實(shí)施例可以使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。實(shí)施例1制備生物吸附材料I:①分揀、篩選玉米秸稈，去除腐壞的原料；②分選后的玉米秸稈去皮獲得玉米秸稈芯，并沿徑向切割成2 3cm塊狀材料；③步驟②處理后材料置于馬氟爐中，200°C條件下加熱1小時(shí)，冷卻后取出得生物吸附材料I，所使用的馬氟爐工作電壓220V、加熱功率2. 5KW、極限溫度1050°C。經(jīng)檢測，生物吸附材料I能保持原有的硬度，材料結(jié)構(gòu)完整，無破損，空隙增大，質(zhì)量比炭化前減少34. 2%。實(shí)施例2制備生物吸附材料II:步驟①和②同實(shí)施例1，處理后的材料置于同實(shí)施例1的馬氟爐中，200°C條件下加熱2小時(shí)，冷卻后取出得生物吸附材料II。經(jīng)檢測，生物吸附材料II比炭化前質(zhì)量減少35. 6%，材料結(jié)構(gòu)不完整，有破損。實(shí)施例3
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制備生物吸附材料III:步驟①和②同實(shí)施例1，處理后的材料置于同實(shí)施例1的馬氟爐中，200°C條件下加熱3小時(shí)，冷卻后取出得生物吸附材料III。經(jīng)檢測，生物吸附材料III比炭化前質(zhì)量減少36. 1%，材料結(jié)構(gòu)不完整，有破損。實(shí)施例4制備生物吸附材料IV 步驟①和②同實(shí)施例1，處理后的材料置于同實(shí)施例1的馬氟爐中，250°C條件下加熱1小時(shí)，冷卻后取出得生物吸附材料IV。經(jīng)檢測，生物吸附材料IV形貌基本與炭化前保持一致，硬度低于生物吸附材料I， 有碎屑掉下，質(zhì)量減少約41.6%。實(shí)施例5制備生物吸附材料V:步驟①和②同實(shí)施例1，處理后的材料置于同實(shí)施例1的馬氟爐中，300°C條件下加熱1小時(shí)，冷卻后取出得生物吸附材料V。經(jīng)檢測，生物吸附材料V易碎，不能保持一定的硬度和形態(tài)，質(zhì)量減少約49. 3%。實(shí)施例6對(duì)上述實(shí)施例中制備的生物吸附材料I、IV和V，以及未經(jīng)炭化處理的原料玉米秸稈芯切片觀察，其照片如附圖1所示。由附圖1可見未炭化的原料玉米秸稈芯(圖1. a)纖維管束緊密，無空隙；經(jīng)200°C炭化1小時(shí)所得的生物吸附材料I (圖1. b)纖維管束炭化孔徑最大且周圍組織無變形、無破損；經(jīng)250°C炭化1小時(shí)所得的生物吸附材料IV(圖1. c)維管束炭化孔徑雖增大，但都有一定程度的變形，且周圍組織破損嚴(yán)重，玉米秸稈芯不能保持完整性；經(jīng)300°C炭化1小時(shí)所得的生物吸附材料V(圖1. d)與材料IV具有類似的現(xiàn)象。實(shí)施例7油污吸附試驗(yàn)取同等質(zhì)量、體積的上述實(shí)施例中制備的生物吸附材料I、II和III，以及未經(jīng)炭化處理的原料玉米秸稈芯進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)方法體積IL的容器中，加入500mL海水，然后再向其中加入3g石油，使石油層剛好鋪在水面上一薄層，將待檢測的材料樣品取Ig放入相應(yīng)的燒杯中，人工震動(dòng)模擬海水流動(dòng)，吸附lOmin，取出玉米秸稈芯。再使用正己烷萃取剩余石油，分液漏斗將油水混合物分離，測剩余石油量，進(jìn)而計(jì)算生物吸附材料的吸油率。各樣品五個(gè)平行，取其平均值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示表 1
材料類型未炭化材料IIIIII吸油率(g油/g秸稈)1. 022. 862. 512. Ol
結(jié)果表明炭化后秸稈要比未處理的材料吸油率要高，不同炭化時(shí)間的材料，生物吸附材料I吸油率高。
權(quán)利要求
1.一種生物吸附材料的制備方法，是將玉米秸稈芯在200 300°C條件下炭化1 3 小時(shí)。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于炭化溫度是200°C。
3.權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于炭化時(shí)間是1小時(shí)。
4.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于包括如下步驟①玉米秸稈分揀、篩選；②玉米秸稈去皮獲得玉米秸稈芯，并沿徑向切割成1 IOcm片狀或塊狀材料；③步驟②處理后材料置于馬氟爐中，200°C條件下加熱1小時(shí)，冷卻后取出。
5.權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述的玉米秸稈去皮可以采用機(jī)械壓碎去皮或者人工去皮。
6.權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述的馬氟爐工作電壓220V、加熱功率2.5KW、 極限溫度1050°C。
7.權(quán)利要求1 5中任一權(quán)利要求所述的方法制備的生物吸附材料。
8.權(quán)利要求6所述的生物吸附材料在清除水面石油中的應(yīng)用，其特征在于包括將生物吸附材料與水面石油接觸的步驟。
全文摘要
一種生物吸附材料、制備方法及其用途，所述方法是將玉米秸稈芯在200～300℃條件下炭化1～3小時(shí)。本發(fā)明將玉米秸稈芯通過物理方法改性，大大降低了對(duì)水的吸附，增加了對(duì)石油的吸附性，控制其優(yōu)先吸油，吸油速度快。該生產(chǎn)方法簡單、實(shí)用，材料無污染，操作溫度低，能耗小。本發(fā)明充分利用大量過剩、成本低廉的玉米秸稈，變廢為寶，用玉米秸稈芯制作成生物吸油材料，所得材料比重小，易于運(yùn)輸和回收，吸油前后浮于水面不變形。并且吸附后的玉米秸稈芯還可以作為工業(yè)原料或替代能源。并且該材料能實(shí)現(xiàn)快速清除水面石油污染的目的，有效地避免油污的大面積擴(kuò)散和二次污染，對(duì)于保護(hù)海洋與河流生態(tài)與環(huán)境具有重要的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)意義。
文檔編號(hào)C02F1/28GK102350310SQ20111018566
公開日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月4日
發(fā)明者姜佳沐, 姜健, 楊寶靈 申請(qǐng)人:大連大成生物科技有限公司