污染水體重金屬的吸附材料的制備方法及其處理方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了污染水體重金屬的吸附材料的制備方法及其處理方法，直接以玉米秸稈為原料，用氫氧化鈉、環(huán)氧氯丙烷、二硫化碳、硫酸鎂等對(duì)其進(jìn)行黃原酸鹽改性處理，得到作為污染水體重金屬的吸附材料。將本發(fā)明方法制備的吸附材料用于處理重金屬污染水體，適宜條件為中性及酸性的水體環(huán)境，吸附材料的投加量少，去除率高，可取得良好的吸附效果。本發(fā)明對(duì)玉米秸稈的有效利用提供了新的途徑。
【專利說明】污染水體重金屬的吸附材料的制備方法及其處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于植物化學(xué)和吸附科學(xué)領(lǐng)域，特別涉及污染水體重金屬的吸附材料的制備方法及其處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，每年產(chǎn)出的農(nóng)業(yè)廢棄物量是巨大的，而玉米秸桿在眾多農(nóng)業(yè)廢棄物種類中占有量非常突出。然而，除了部分玉米秸桿或轉(zhuǎn)化成乙醇、或堆肥還田、或用作飼料和食用菌基料、或提取木糖醇等之外，還有相當(dāng)一部分的玉米秸桿是直接燒掉的，而且由于各地區(qū)發(fā)展的不均衡，被燒掉的玉米秸桿所占的比例可能更高，不但利用率極低，浪費(fèi)資源，而且還污染環(huán)境，破壞生態(tài)平衡。如果能把直接燒掉的這部分玉米秸桿制備成可以吸附水體重金屬離子的吸附劑，既可以充分利用豐富的玉米秸桿資源，提高其產(chǎn)品附加值，又可以有效地去除水體重金屬污染物，有效地保護(hù)了環(huán)境生態(tài)。
[0003]玉米秸桿數(shù)量巨大，價(jià)格低廉、具有可再生循環(huán)、再生周期短、可生物降解、環(huán)境友好和綠色能源等眾多優(yōu)點(diǎn)，而且秸桿結(jié)構(gòu)中的孔隙度高、比表面積大，容易與重金屬鎘離子等發(fā)生物理吸附；與此同時(shí)，秸桿自身含有一些活性物質(zhì)，例如單寧、黃酮醇以及果膠質(zhì)等，可與鎘離子間發(fā)生相應(yīng)的化學(xué)吸附。盡管玉米秸桿已經(jīng)具有一定的重金屬離子吸附能力，但是其活性組份的含量低，吸附能力仍然不盡如人意。這是因?yàn)橛衩捉諚U最主要的組份-纖維素，在纖維素大分子間，纖維素和水分子間，以及纖維素大分子內(nèi)部都可以形成氫鍵，氫鍵的作用使得纖維素上具有吸附功能的羥基(-0H)被束縛起來，所以未經(jīng)改性的纖維素組份的吸附能力也是很低的，必須通過必要的化學(xué)改性來提高其吸附性能。
[0004]本發(fā)明直接以玉米秸桿作為原料，探索一種有效的改性方法，使之成為性能良好的吸附材料，達(dá)到有效去除重金屬離子的目的，并深入研究其吸附性能與結(jié)構(gòu)特征，以期對(duì)玉米秸桿的有效利用提供新的途徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種污染水體重金屬的吸附材料的制備方法及其處理方法。
[0006]本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:
[0007]污染水體重金屬吸附材料的制備方法，包括以下步驟:
[0008]I)將玉米秸桿洗凈、干燥、粉碎、過篩后，浸入質(zhì)量濃度為I?10%的氫氧化鈉水溶液或氫氧化鉀水溶液中反應(yīng)60?120分鐘，玉米秸桿與氫氧化鈉水溶液或氫氧化鉀水溶液的固液比為I?100g/ml ；
[0009]2)然后加入質(zhì)量濃度為85?95%的環(huán)氧氯丙烷水溶液，玉米秸桿與環(huán)氧氯丙烷水溶液的固液比為I?100g/ml,反應(yīng)12?24小時(shí)后,抽濾,得固體樣品a ；
[0010]3)將固體樣品a浸入質(zhì)量濃度為I?15%的氫氧化鈉水溶液或氫氧化鉀水溶液，再加入質(zhì)量濃度為85?95%的二硫化碳水溶液，固體樣品a與氫氧化鈉水溶液或氫氧化鉀水溶液、二硫化碳水溶液的固液比均為I?100g/ml，繼續(xù)反應(yīng)30?60分鐘，抽濾，得固體樣品b ；
[0011]4)將固體樣品b浸入質(zhì)量濃度為5?15%的硫酸鎂水溶液，固體樣品b與硫酸鎂水溶液的固液比為I?100g/ml，繼續(xù)反應(yīng)10?20分鐘，抽濾，洗滌至中性，得固體樣品c ；
[0012]5)將固體樣品c烘干，即得到污染水體重金屬吸附材料。
[0013]優(yōu)選的，步驟I)中，過篩尺寸為20?80目。
[0014]優(yōu)選的，所述固液比為10?20g/ml。
[0015]優(yōu)選的，步驟3)中，加入二硫化碳水溶液后，輔以微波處理，反應(yīng)時(shí)間為10?20分鐘。
[0016]優(yōu)選的,步驟4)中,硫酸鎂水溶液的質(zhì)量濃度為5%。
[0017]優(yōu)選的，步驟4)中，洗滌液為硫酸鎂和乙醇的混合液，其中硫酸鎂的質(zhì)量濃度為5%,乙醇的純度為95?100v/v%。
[0018]優(yōu)選的，步驟4)中，抽濾后，洗滌至pH7.0?7.5。
[0019]優(yōu)選的，步驟5)中，將固體樣品c在50?60°C烘干。
[0020]污染水體重金屬的處理方法，步驟如下:向污染水體中投加吸附材料，使其濃度為
0.5?25g/L，調(diào)pH至3.0?7.0，進(jìn)行吸附處理；所用吸附材料由上述方法制備。
[0021]優(yōu)選的，在120?180rpm條件下進(jìn)行吸附處理，處理時(shí)間為6小時(shí)以上。
[0022]本發(fā)明的有益效果是:
[0023]本發(fā)明充分利用農(nóng)業(yè)廢棄物玉米秸桿，通過黃原酸鹽改性處理后作為污染水體包括鎘離子在內(nèi)的重金屬的吸附材料，可取得良好的吸附效果。
[0024]將本發(fā)明方法制備的吸附材料用于處理重金屬污染水體，適宜條件為中性及酸性的水體環(huán)境，pH為7.0時(shí)處理效果最好。
[0025]本發(fā)明方法制備的吸附材料可用于處理重金屬鎘離子濃度在100mg/L以下的污染水體，鎘離子的去除率高達(dá)96%，且投加量較少的情況下也能達(dá)到很好的吸附效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是未改性玉米秸桿的微觀結(jié)構(gòu)SEM圖。
[0027]圖2是玉米秸桿黃原酸鎂鹽的微觀結(jié)構(gòu)SEM圖。
[0028]圖3是未改性玉米秸桿和玉米秸桿黃原酸鎂鹽的紅外光譜圖。
[0029]圖4是未改性玉米秸桿和玉米秸桿黃原酸鎂鹽的X射線衍射光譜圖。
[0030]圖5是未改性玉米秸桿和玉米秸桿黃原酸鎂鹽的能譜圖。
[0031]圖6是未改性玉米秸桿和玉米秸桿黃原酸鎂鹽投加量對(duì)Cd2+吸附的影響。
[0032]圖7是未改性玉米秸桿和玉米秸桿黃原酸鎂鹽對(duì)不同初始濃度Cd2+吸附的影響。
[0033]圖8是未改性玉米秸桿和玉米秸桿黃原酸鎂鹽對(duì)溶液不同初始pH值Cd2+吸附的影響。
【具體實(shí)施方式】
[0034]玉米秸桿的化學(xué)改性方法有很多種。本發(fā)明通過對(duì)玉米秸桿纖維素進(jìn)行堿潤(rùn)脹、交聯(lián)處理、磺化反應(yīng)以及鎂鹽固定處理，可在秸桿上形成具有螯合重金屬離子的磺?；鶊F(tuán)，顯著提高玉米秸桿吸附水體重金屬離子的能力，使其具備類似離子交換樹脂的功能，從而豐富了玉米秸桿的利用領(lǐng)域和拓展了玉米秸桿的利用方向。
[0035]玉米秸桿黃原酸鎂鹽的改性制備過程的化學(xué)反應(yīng)方程式如下:
[0036]
【權(quán)利要求】
1.污染水體重金屬吸附材料的制備方法，包括以下步驟: 1)將玉米秸桿洗凈、干燥、粉碎、過篩后，浸入質(zhì)量濃度為I?10%的氫氧化鈉水溶液或氫氧化鉀水溶液中反應(yīng)60?120分鐘，玉米秸桿與氫氧化鈉水溶液或氫氧化鉀水溶液的固液比為I?100 g/ml ； 2)然后加入質(zhì)量濃度為85?95%的環(huán)氧氯丙烷水溶液，玉米秸桿與環(huán)氧氯丙烷水溶液的固液比為I?100 g/ml,反應(yīng)12?24小時(shí)后,抽濾,得固體樣品a ； 3)將固體樣品a浸入質(zhì)量濃度為I?15%的氫氧化鈉水溶液或氫氧化鉀水溶液，再加入質(zhì)量濃度為85?95%的二硫化碳水溶液，固體樣品a與氫氧化鈉水溶液或氫氧化鉀水溶液、二硫化碳水溶液的固液比均為I?100 g/ml，繼續(xù)反應(yīng)30?60分鐘，抽濾，得固體樣品b ； 4)將固體樣品b浸入質(zhì)量濃度為5?15%的硫酸鎂水溶液，固體樣品b與硫酸鎂水溶液的固液比為I?100 g/ml，繼續(xù)反應(yīng)10?20分鐘，抽濾，洗滌至中性，得固體樣品c ； 5)將固體樣品c烘干，即得到污染水體重金屬吸附材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟I)中，過篩尺寸為20?80目。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述固液比為10?20g/ml。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟3)中，加入二硫化碳水溶液后，輔以微波處理，反應(yīng)時(shí)間為10?20分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟4)中，硫酸鎂水溶液的質(zhì)量濃度為5%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟4)中，洗滌液為硫酸鎂和乙醇的混合液，其中硫酸鎂的質(zhì)量濃度為5%，乙醇的純度為95?100v/v%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的制備方法，其特征在于:步驟4)中，抽濾后，洗滌至ρΗ7.0 ?7.5。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟5)中，將固體樣品c在50?60°C烘干。
9.污染水體重金屬的處理方法，步驟如下:向污染水體中投加吸附材料，使其濃度為0.5?25g/L，調(diào)pH至3.0?7.0,進(jìn)行吸附處理；所用吸附材料由權(quán)利要求1?8任意一項(xiàng)所述方法制備。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的處理方法，其特征在于:在120?ISOrpm條件下進(jìn)行吸附處理，處理時(shí)間為6小時(shí)以上。
【文檔編號(hào)】C02F101/20GK103447005SQ201310288844
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月10日
【發(fā)明者】鄭劉春, 孟佩佩, 方戰(zhàn)強(qiáng), 羅曉西 申請(qǐng)人:華南師范大學(xué), 廣東省婦幼保健院