專利名稱：一種利用鹽酸活化改性竹炭去除飲用水中丹寧酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用竹炭(BC)對飲用水中丹寧酸的處
理方法。
背景技術(shù)：
丹寧酸是自然界中典型的可溶性有機物(D0M)，其分子結(jié)構(gòu)與腐殖酸相似，以多元苯環(huán)為骨架，分子中含有羥基、羧基等官能團，其多酚羥基的結(jié)構(gòu)賦予它獨特的化學(xué)特性和生理活性。它既是一種強固定劑，能固定許多蛋白質(zhì)以及糖類衍生物，又是一種媒染劑，能增強對某些重金屬的吸收。有研究表明，丹寧酸具有抗炎癥作用，但也是大骨節(jié)病的致病因素之一，在飲用水氯消毒過程中可與氯結(jié)合后最終生成三氯甲烷類(THMs)強致癌物質(zhì)。隨著丹寧酸在日化、醫(yī)藥、食品行業(yè)中廣泛應(yīng)用，丹寧酸廢水排入到環(huán)境中會帶來一系列的水環(huán)境生態(tài)問題。因此，丹寧酸已成為飲用水安全控制對象，高效去除飲用水中丹寧酸對于飲用水安全控制意義重大。目前，常用的去除水體中丹寧酸的技術(shù)有混凝沉淀法、氧化法、吸附法、電化學(xué)法、膜蒸餾法和生物法等 。盡管上述技術(shù)在特定的環(huán)境下都具有一定去除效果，但這些技術(shù)本身都存在一定的局限性。如應(yīng)用廣泛的混凝沉淀法不但去除率不高，還會由于混凝劑殘留而造成二次污染，單種化學(xué)氧化法很難使丹寧酸達到礦化，光氧化法成本相對較高。因此，考慮處理效率問題，發(fā)展新型的針對可溶性有機污染物的治理方法顯得很有必要。吸附法是一項行之有效的水治理技術(shù)，吸附劑可再生或吸附材料易得，能夠較好地解決再生困難和物理化學(xué)穩(wěn)定性差等問題，但其吸附速率有待進一步提高。在各式各樣的吸附材料中，竹炭具有機械強度較高，孔結(jié)構(gòu)發(fā)達，高比表面積，導(dǎo)電性能良好，可以用作凈水處理劑、電磁波遮蔽劑、有害氣體吸附劑等，目前被廣泛用于環(huán)境污染控制應(yīng)用當(dāng)中。徐亦鋼等曾在《農(nóng)村生態(tài)環(huán)境》2002年01期18卷35-38頁提及竹炭對2，4_ 二氯苯酚的吸附效果與其粒徑、用量、溶液濃度、吸附時間和平衡方式都有一定的關(guān)系。但是竹炭對于不同類型的腐殖質(zhì)具有選擇性吸附，吸附性能被多種因素所限制，并對有害痕量元素的吸附能力很弱，甚至沒有吸附效果。研究發(fā)現(xiàn)，竹炭的吸附能力可通過孔結(jié)構(gòu)的重整和孔表面的修飾等方法來改善，也可通過螯合物固定來對其改性，從而提高吸附劑的吸附性能。因此，為高效去除飲用水中丹寧酸等可溶性有機污染物，將竹炭進行表面功能化在吸附領(lǐng)域中具有較大的應(yīng)用前景。本發(fā)明針對飲用水中丹寧酸的有效去除，以鹽酸活化改性的竹炭作為吸附劑，通過吸附實驗，研究鹽酸活化改性竹炭對丹寧酸的吸附性能影響，考察吸附時間、PH值等因素對其吸附效果的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是對竹炭進行酸活化改性，以提高其吸附性能，從而提供一種處理飲用水中丹寧酸的新方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下通過對市購竹炭(粒徑為10-20mm,最小孔徑為Inm,比表面積約為200m2/g)進行酸活化處理。具體過程如下(I)竹炭的酸活化稱取IOg竹炭(BC)加入100mL4mol/L的鹽酸中(固液比為1:10)，置于恒溫水浴鍋中70°C攪拌反應(yīng)240min ;用超純水反復(fù)清洗至上清液無氯離子，過濾后在70°C下烘干待用。由鹽酸活化的竹炭記做H-BC。(2)用步驟(I)制得鹽酸活化的竹炭，采用吸附法處理飲用水中的丹寧酸。上述方法中，步驟(2)的處理方法是在水溶液在弱酸性條件下，往50mL具塞聚丙烯管中投加20mg鹽酸活化的竹炭，吸附時間為60min時可達到去除丹寧酸的最佳靜態(tài)吸附效果。吸附實驗在一系列50mL具塞聚丙烯管中，分別加入20mg H-BCjP 50mL含初始濃度為50mg/L的丹寧酸溶液，其含 O.1moVLNaNO3背景離子強度。所有水化學(xué)條件下的丹寧酸PH值不定。將管中溶液混勻后，固定在25±1°C的恒溫振蕩培養(yǎng)箱中以150rpm轉(zhuǎn)速進行振蕩，1440min后取出并迅速用孔徑為O. 22 μ m的針式濾器PES-聚醚砜膜過濾。利用分光光度法在277nm波長下測定吸光度，計算濾液中丹寧酸的濃度，并計算吸附容量。本發(fā)明具有處理簡單、能耗低、效率高等特點，可使飲用水中丹寧酸含量明顯下降，為改性竹炭材料在處理有機廢水領(lǐng)域提供了研究價值與廣泛的應(yīng)用前景。
具體實施例方式本發(fā)明具體的技術(shù)方案如下分別稱取10-50mg H-BC于一系列50mL具塞聚丙烯管中，即在IL溶液中投加
O.2-lg的H-BC，并往其中分別加入50mL含初始濃度為50mg/L的丹寧酸溶液，其含O.1mol/LNaNO^g景離子強度。所有含丹寧酸溶液的pH為2-6。將管中溶液混勻后，固定在25± 1°C的恒溫振蕩培養(yǎng)箱中以150rpm轉(zhuǎn)速進行振蕩，設(shè)置吸附時間為10_1440min后取出并迅速用孔徑為O. 22 μ m的針式濾器PES-聚醚砜膜過濾。利用分光光度法在277nm波長下測定吸光度，并計算出各濾液中丹寧酸的濃度，其吸附容量最高能達到48. 36mg/g。下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步闡述，但本發(fā)明所保護范圍不僅限于此。實施例1吸附劑量對吸附效果的影響分別稱取5mg、15mg、20mg、25mg、30mg、35mgH-BC 于一系列 50mL 具塞聚丙烯管中，即在IL溶液中分別投加O. lg、0. 3g、0. 4g、0. 5g、0. 6g、0. 7g的H_BC，并分別往其中加入50mL含初始濃度為50mg/L的丹寧酸溶液，其含O.1moVLNaNO3背景離子強度。丹寧酸溶液的PH為5。將管中溶液混勻后，固定在25± 1°C的恒溫振蕩培養(yǎng)箱中以150r/min轉(zhuǎn)速進行振蕩，設(shè)置吸附時間為1440min后取出并迅速用孔徑為O. 22 μ m的針式濾器PES-聚醚砜膜過濾。利用分光光度法在277nm波長下測定其吸光度，并計算各濾液中丹寧酸的濃度表明，當(dāng)吸附劑投加量為5mg時，對丹寧酸的去除率為13. 92%，其飽和吸附量為17. 82mg/g，而吸附劑投加量為20mg時，對丹寧酸的去除率達到43. 04%,其飽和吸附容量達到45. 25mg/g。當(dāng)投加量從20mg增加到35mg時，對溶液中丹寧酸去除率均保持在45%左右。因此，往50mL具塞聚丙烯管中投加20mg作為H-BC吸附材料去除丹寧酸的最佳靜態(tài)吸附劑用量。
實施例2pH值對吸附效果的影響分別稱取20mgH-BC于一系列50mL具塞聚丙烯管中，并分別往其中加入50mL含初始濃度為50mg/L的丹寧酸溶液，其含O. lmol/L NaNO3背景離子強度。設(shè)置丹寧酸溶液的pH為2-6。將管中溶液混勻后，固定在25土 TC的恒溫振蕩培養(yǎng)箱中以150r/min轉(zhuǎn)速進行振蕩，設(shè)置吸附時間為1440min后取出并迅速用孔徑為O. 22 μ m的針式濾器PES-聚醚砜膜過濾。利用分光光度法在277nm波長下測定其吸光度并計算各濾液中丹寧酸的濃度，結(jié)果表明，當(dāng)?shù)幩崛芤涸趐H=2時，其飽和吸附量為26. 02mg/g，對丹寧酸的去除率為13. 92%，當(dāng)pH為3-6時，其飽和吸附量均在34. 79mg/g以上，對丹寧酸的去除率均高于27. 50%，其中，當(dāng)pH=5時其飽和吸附量達到最大，為48. 36mg/g。由此可知，水溶液在弱酸性條件下，H-BC吸附劑對丹寧酸具有較為優(yōu)異的吸附效果。實施例3吸附時間對吸附效果的影響分別稱取20mgH-BC于一系列50mL具塞聚丙烯管中，并分別往其中加入50mL含初始濃度為50mg/L的丹寧酸溶液，其含O. lmol/L NaNO3背景離子強度。丹寧酸溶液的pH為5，將管中溶液混勻后，固定在25± 1°C的恒溫振蕩培養(yǎng)箱中以150r/min轉(zhuǎn)速進行振蕩，設(shè)置吸附時間為10-1440min后取出并迅速用孔徑為O. 22 μ m的針式濾器PES-聚醚砜膜過濾。利用分光光度法在277nm波長下測定其吸光度，并計算各濾液中丹寧酸的濃度表明，隨著吸附時間的增加，對丹寧酸的吸附量也逐漸增大。當(dāng)吸附時間為IOmin時，其吸附量為
10.82mg/g，此時對丹寧酸的去除率僅為8. 46%。當(dāng)吸附時間為60_1440min時，其對丹寧酸的吸附量增大較為緩慢，其吸附量均在48mg/g左右，此時對丹寧酸的去除率在38. 4%左右。因此，60min可作為H-BC吸附劑 達到最大吸附容量的最小吸附時間。
權(quán)利要求
1.一種利用鹽酸活化改性竹炭去除飲用水中丹寧酸的方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)竹炭的酸活化將竹炭按固液比為lg:10 mL加入4 mo I/L的鹽酸，置于恒溫水浴鍋中70 1攪拌反應(yīng)240 min;用超純水反復(fù)清洗至上清液無氯離子，過濾后在70°C下烘干待用，得到由鹽酸活化的竹炭； (2)用步驟(I)制得鹽酸活化的竹炭，采用吸附法處理飲用水中的丹寧酸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(2)的處理方法是在水溶液在弱酸性條件下，往50 mL具塞聚丙烯管中投加20 mg鹽酸活化的竹炭，吸附時間為60 min時可達到去除丹寧酸的最佳靜態(tài)吸附效果。
全文摘要
本發(fā)明屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用竹炭對飲用水中丹寧酸的處理方法。針對飲用水中丹寧酸的有效去除，對市購竹炭進行酸活化改性，其方法為將市購粒徑為10-20mm的竹炭加入4mol/L的鹽酸進行酸活化反應(yīng)。并以鹽酸活化改性的竹炭作為吸附劑，通過吸附實驗，考察吸附時間、pH值等因素對丹寧酸吸附效果的影響。結(jié)果表明，在水溶液在弱酸性條件下，投加0.4g/L吸附劑量，吸附時間為60min時對丹寧酸的吸附容量最高可達到48.36mg/g。本發(fā)明依據(jù)丹寧酸的化學(xué)特性，對竹炭進行改性，從而具有處理工藝簡單、能耗低、效率高等特點，對于去除飲用水中溶解性有機物——丹寧酸有較廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號C02F1/28GK103058311SQ20121057479
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者張文藝, 邱小蘭, 李文昱, 劉芳, 馮國勇 申請人:常州大學(xué)