一種核桃殼生物質(zhì)炭吸附劑去除廢水中活性艷藍kn-r染料的方法
【專利摘要】一種核桃殼生物質(zhì)炭吸附劑去除廢水中活性艷藍KN-R染料的方法，屬于廢水處理【技術(shù)領(lǐng)域】。將得到的核桃殼生物質(zhì)炭吸附劑加入到起始pH為2～11、含200～1000mg/L羅丹明B染料的廢水中，同時加入氯化鈉使其質(zhì)量百分比濃度為2～30%，在25℃～45℃下攪拌或振蕩吸附12～24h后，過濾分離，濾液調(diào)至中性后排放。本發(fā)明操作簡單，成本低廉，無二次污染，具有產(chǎn)業(yè)化前景。
【專利說明】—種核桃殼生物質(zhì)炭吸附劑去除廢水中活性艷藍KN-R染料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于廢水處理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是涉及一種利用核桃殼生物質(zhì)炭吸附劑去除廢水中活性艷藍KN-R染料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]染料廣泛應(yīng)用于印染、皮革、造紙、化妝品、油漆、橡膠、塑料、殺蟲劑、木材防腐劑等各種工業(yè)。一般來說，含10~200mg/L染料的廢水排放到自然水體會對生物體造成毒害甚至產(chǎn)生“三致”效應(yīng)(即致癌、致突變、致畸形效應(yīng))。因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜和難降解等特性，染料難以脫色，這使得必須從廢水中去除染料。按照化學結(jié)構(gòu)，染料可分為偶氮染料、蒽醌染料、三苯甲烷染料等，其中偶氮染料應(yīng)用最廣泛，蒽醌染料次之。按應(yīng)用，常用的染料又可分為酸性染料、堿性染料、活性染料等。
[0003]與傳統(tǒng)的印染廢水治理技術(shù)(如離子交換法、膜分離法、化學沉淀法及氧化還原法等)相比，生物吸附法在處理印染廢水方面有著其它方法不可替代的優(yōu)勢，如高效廉價、吸附材料來源廣泛、無二次污染等。活性炭是印染廢水吸附處理中應(yīng)用最廣泛的常規(guī)吸附劑，但因價格昂貴且難以再生，限制了其進一步的推廣應(yīng)用。國內(nèi)外眾多學者先后研究了泥炭、膨潤土、飛灰、黏土、硅 土等廉價材料的吸附脫色效果，但這些吸附劑總體上吸附容量不大，且需要較大的投加量。因此，非常有必要開發(fā)更為廉價高效的吸附劑。生物質(zhì)炭吸附劑是一種典型的生物吸附劑，是指由富含碳的生物質(zhì)通過裂解或者不完全燃燒生成的一種生物質(zhì)。生物質(zhì)炭具有發(fā)達的孔隙結(jié)構(gòu)、高的比表面積以及豐富的表面官能團等特點，這使生物質(zhì)炭在生物吸附領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。
[0004]農(nóng)林廢棄物資源豐富，但大多被焚燒、填埋或丟棄，如秸桿等農(nóng)業(yè)廢棄物在田間焚燒，食品加工的副產(chǎn)品如殼、皮等被當作垃圾填埋，林業(yè)產(chǎn)品加工產(chǎn)生的木屑、鋸末等被直接丟棄，不僅污染了環(huán)境，還造成了資源的嚴重浪費。因此，如何處置和利用農(nóng)林廢棄物已成為世界各國關(guān)注的焦點之一。
[0005]核桃是一種木本油料植物，在我國多個地區(qū)均有大面積種植。據(jù)統(tǒng)計，我國核桃年產(chǎn)量2008年為83萬t，2009年為98萬t，2010年為106萬t，核桃產(chǎn)量逐年快速增加。目前我國核桃產(chǎn)量已居世界首位。按照核桃殼的質(zhì)量占核桃總質(zhì)量的30%計算，則2010年核桃殼的產(chǎn)量為31.8萬t。以前核桃作為干果銷售，食用后直接丟棄，其果殼難以回收。目前，食品加工行業(yè)中對核桃進行了深加工，其加工副產(chǎn)品核桃殼雖然可以系統(tǒng)回收，但是多數(shù)仍舊被焚燒或丟棄，造成了資源浪費和環(huán)境污染。核桃殼的主要成分是木素、纖維素和半纖維素，是一種固定碳和揮發(fā)分含量較高而灰分較少的含碳物質(zhì)。如果將廢棄的核桃殼用于制備生物質(zhì)炭，其前景非常廣闊。在本專利中，提供了利用核桃殼制備生物質(zhì)炭吸附劑去除印染廢水中活性艷藍KN-R (蒽醌類染料)的有效方法，不僅可以減輕大量焚燒或丟棄核桃殼造成的環(huán)境負荷，還可以變廢為寶，去除廢水中的活性艷藍KN-R染料，以廢治廢，實現(xiàn)核桃殼資源的有效利用和水環(huán)境保護。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種高效環(huán)保的利用核桃殼生物質(zhì)炭吸附去除廢水中活性艷藍KN-R染料的方法。
[0007]—種核桃殼生物質(zhì)炭吸附劑，其制備方法包括以下步驟:
[0008]將核桃殼用自來水清洗，經(jīng)干燥，破碎、篩分至300~600 μ m，用30%~70%的氯化鋅溶液充分浸泡破碎后的核桃殼，再經(jīng)480~640W微波加熱10~20min后，用10%的鹽酸酸洗所得核桃殼生物質(zhì)炭，用蒸餾水清洗至PH呈中性，干燥，即得到核桃殼生物質(zhì)炭吸附劑。
[0009]所述的核桃是市售普通核桃(種名為Juglans Regia，核桃殼硬且厚)。
[0010]優(yōu)選破碎后的核桃殼與氯化鋅溶液的浸潰比即核桃殼(g):氯化鋅溶液(g)為1:6 ~1:10。[0011]上述的核桃殼生物質(zhì)炭吸附劑用于去除廢水中的活性艷藍KN-R染料。
[0012]將得到的核桃殼生物質(zhì)炭吸附劑加入到起始pH為2~11、含200~1000mg/L羅丹明B染料的廢水中，同時加入氯化鈉使其質(zhì)量百分比濃度為2~30%，在25°C~45°C下攪拌或振蕩吸附12~24h后，過濾分離，濾液調(diào)至中性后排放。
[0013]氯化鈉的質(zhì)量百分比濃度不超過30%。
[0014]上述核桃殼生物質(zhì)炭吸附劑用于去除廢水中的活性艷藍KN-R時，核桃殼生物質(zhì)炭吸附劑用量為I~5g/L，廢水溶液的起始pH優(yōu)選pH=2，氯化鈉的質(zhì)量百分比濃度優(yōu)選2%，吸附溫度優(yōu)選45 °C，活性艷藍KN-R廢水中活性艷藍KN-R的濃度優(yōu)選200~800mg/L。
[0015]本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:
[0016](I)本發(fā)明的核桃殼生物質(zhì)炭吸附劑具有極好的吸附性能，吸附容量非常大，25°C時活性艷藍KN-R最大單分子層吸附量Qtl是909.09mg/g。
[0017](2)與化學沉淀、膜分離、氧化還原、生物降解等方法相比，本發(fā)明的利用核桃殼生物質(zhì)炭吸附去除廢水中活性艷藍KN-R染料的方法，操作簡單，成本低廉，無二次污染，具有產(chǎn)業(yè)化前景。
[0018](3)本發(fā)明制備的核桃殼生物質(zhì)炭吸附劑，不僅減輕了環(huán)境負荷，同時為核桃殼的利用提供了新途徑，實現(xiàn)了資源的有效利用和水環(huán)境保護。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為pH對核桃殼生物質(zhì)炭吸附去除活性艷藍KN-R效果的影響。
[0020]圖2為氯化鈉濃度對核桃殼生物質(zhì)炭吸附去除活性艷藍KN-R的影響。
[0021 ] 圖3為活性艷藍KN-R初始濃度對核桃殼生物質(zhì)炭吸附去除活性艷藍KN-R效果的影響。
[0022]圖4為核桃殼生物質(zhì)炭吸附活性艷藍KN-R的Langmuir吸附等溫線。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合具體實施例來對本發(fā)明作進一步詳細說明，但本發(fā)明并不限制于實施例。
[0024]吸附劑的制備
[0025]取一定質(zhì)量市售普通核桃的殼，用自來水清洗，經(jīng)干燥，破碎、篩分至300~600 μ m，將破碎后的核桃殼與氯化鋅溶液按照核桃殼質(zhì)量(g):氯化鋅溶液質(zhì)量(g)為1:6的比例混合浸潰于錐形瓶中，其中氯化鋅溶液的濃度為30%，再經(jīng)560W微波加熱15min后，用10%的鹽酸酸洗所得核桃殼生物質(zhì)炭，用蒸餾水清洗至pH呈中性，干燥，即得到吸附劑A。
[0026]取一定質(zhì)量市售普通核桃的殼，用自來水清洗，經(jīng)干燥，破碎、篩分至300~600 μ m，將破碎后的核桃殼與氯化鋅溶液按照核桃殼質(zhì)量(g):氯化鋅溶液質(zhì)量(g)為1:7的比例混合浸潰于錐形瓶中，其中氯化鋅溶液的濃度為40%，再經(jīng)520W微波加熱ISmin后，用10%的鹽酸酸洗所得核桃殼生物質(zhì)炭，用蒸餾水清洗至pH呈中性，干燥，即得到吸附劑B。
[0027]取一定質(zhì)量市售普通核桃的殼，用自來水清洗，經(jīng)干燥，破碎、篩分至300~600 μ m，將破碎后的核桃殼與氯化鋅溶液按照核桃殼質(zhì)量(g):氯化鋅溶液質(zhì)量(g)為1:8的比例混合浸潰于錐形瓶中，其中氯化鋅溶液的濃度為50%，再經(jīng)480W微波加熱20min后，用10%的鹽酸酸洗所得核桃殼生物質(zhì)炭，用蒸餾水清洗至pH呈中性，干燥，即得到吸附劑C。
[0028]取一定質(zhì)量市售普通核桃的殼，用自來水清洗，經(jīng)干燥，破碎、篩分至300~600 μ m，將破碎后的核桃殼與氯化鋅溶液按照核桃殼質(zhì)量(g):氯化鋅溶液質(zhì)量(g)為1:9的比例混合浸潰于錐形瓶中，其中氯化鋅溶液的濃度為60%，再經(jīng)600W微波加熱13min后，用10%的鹽酸酸洗所得核桃殼生物質(zhì)炭，用蒸餾水清洗至pH呈中性，干燥，即得到吸附劑D。
[0029]取一定質(zhì)量市售普通核桃的殼，用自來水清洗，經(jīng)干燥，破碎、篩分至300~600 μ m，將破碎后的核桃殼與氯化鋅溶液按照核桃殼質(zhì)量(g):氯化鋅溶液質(zhì)量(g)為1:10的比例混合浸潰于錐形瓶中，其中氯化鋅溶液的濃度為70%，再經(jīng)640W微波加熱IOmin后，用10%的鹽酸酸洗所得核桃殼生物質(zhì)炭，用蒸餾水清洗至pH呈中性，干燥，即得到吸附劑E。
[0030]實施例1
[0031]取吸附劑C和氯化鈉加入溶液pH值分別為2、4、7、9、ll，350mg/L的活性艷藍KN-R溶液中，其中每0.1Og吸附劑C對應(yīng)2.0g氯化鈉、50mL活性艷藍KN-R溶液，于35°C下攪拌或振蕩12h后，過濾分離，濾液調(diào)至中性后排放。
[0032]不同初始pH對活性艷藍KN-R去除效果的影響如圖1所示。隨著pH由2升高至11，吸附劑C對活性艷藍KN-R的吸附值由164.44mg/g減少到111.93mg/g，表明本發(fā)明的去除活性艷藍KN-R的方法對pH=2含活性艷藍KN-R的廢水有最佳處理效果。
[0033]實施例2
[0034]取吸附劑D加入pH=2、600mg/L活性艷藍KN-R溶液中，其中每0.05g吸附劑D對應(yīng)50mL活性艷藍KN-R溶液，同時加入氯化鈉使其百分比質(zhì)量濃度分別為0%、2%、5%、10%、15%、30%，于25°C下攪拌或振蕩15h后，過濾分離，濾液調(diào)至中性后排放。
[0035]氯化鈉濃度對活性艷藍KN-R去除效果的影響如圖2所示。由圖2可以看出，一定濃度的氯化鈉30%)促進活性艷藍KN-R。氯化鈉濃度在2%~10%之間時，吸附劑D對活性艷藍KN-R的吸附量逐漸降低。隨后吸附量隨著氯化鈉濃度的升高而增大?？紤]到經(jīng)濟性與去除效率，在本發(fā)明的吸附去除活性艷藍KN-R的方法中，每50ml廢水中加入1.0g氯化鈉，效果最好。
[0036]實施例3
[0037]取吸附劑E和氯化鈉加入pH=2、分別含200、400、600、800、1000mg/L活性艷藍KN-R的溶液中，其中每0.20g吸附劑E對應(yīng)2.0g氯化鈉、50mL活性艷藍KN-R溶液，于45°C下攪拌或振蕩20h后，過濾分離，濾液調(diào)至中性后排放。[0038]活性艷藍KN-R初始濃度對活性艷藍KN-R去除效果的影響如圖3所示。在濃度梯度的驅(qū)動下，隨著活性艷藍KN-R初始濃度由200mg/L增加到800mg/L，吸附量由91.46mg/g上升到370.86mg/g,而去除率僅由93.22%下降到90.56%?；钚云G藍KN-R濃度在1000mg/L時，活性艷藍KN-R吸附值為444.08mg/g,但去除效率僅為88.11%。這表明本發(fā)明的去除活性艷藍KN-R的方法對含200~800mg/L活性艷藍KN-R的廢水有較好的處理效果。
[0039]實施例4
[0040]取吸附劑A和氯化鈉分別加入到pH=2、活性艷藍KN-R濃度分別為400、600、800、1000mg/L活性艷藍KN-R溶液中，其中每0.25g吸附劑A對應(yīng)2.0g氯化鈉、50mL活性艷藍KN-R溶液，于25°C、35°C、45°C下攪拌或振蕩24h后，過濾分離，濾液調(diào)至中性后排放。
[0041]吸附結(jié)果用Langmuir吸附等溫線擬合，不同溫度下的吸附等溫線如圖4所示，擬合結(jié)果如表1所示。從圖4和表1可以看出，Langmuir模型對核桃殼生物質(zhì)炭吸附劑對活性艷藍KN-R的等溫吸附試驗數(shù)據(jù)的擬合效果很好，因此Langmuir模型可以很好地描述核桃殼生物質(zhì)炭吸附劑對活性艷藍KN-R的等溫吸附試驗數(shù)據(jù)。
[0042]25°C時，用Langmuir等溫線計算得到的核桃殼生物質(zhì)炭吸附劑吸附活性艷藍KN-R的最大單分子層吸附量Qtl是909.09mg/g，不同吸附劑對活性艷藍KN-R的Qtl比較如表2所示。結(jié)果表明:本發(fā)明的核桃殼生物質(zhì)炭吸附劑對活性艷藍KN-R的吸附容量足夠大，具有產(chǎn)業(yè)化的應(yīng)用前景。
[0043]表1Langmuir吸附等溫線參數(shù)
[0044]
【權(quán)利要求】
1.核桃殼生物質(zhì)炭吸附劑用于去除廢水中的活性艷藍KN-R染料。
2.一種核桃殼生物質(zhì)炭吸附劑去除廢水中的活性艷藍KN-R染料的方法，其特征在于，包括以下步驟: (O核桃殼生物質(zhì)炭吸附劑的制備:將核桃殼用自來水清洗，經(jīng)干燥，破碎、篩分至`300~600 μ m，用30%~70%的氯化鋅溶液充分浸泡破碎后的核桃殼，再經(jīng)480~640W微波加熱10~20min后，用10%的鹽酸酸洗所得核桃殼生物質(zhì)炭，用蒸餾水清洗至pH呈中性，干燥，即得到核桃殼生物質(zhì)炭吸附劑； (2)將得到的核桃殼生物質(zhì)炭吸附劑加入到起始pH為2~11、含200~1000mg/L羅丹明B染料的廢水中， 同時加入氯化鈉使其質(zhì)量百分比濃度為2~30%，在25°C~45°C下攪拌或振蕩吸附12~24h后，過濾分離，濾液調(diào)至中性后排放。
3.按照權(quán)利要求2的方法，其特征在于，核桃殼生物質(zhì)炭吸附劑用量為I~5g/L。
4.按照權(quán)利要求2的方法，其特征在于，廢水溶液的起始pH優(yōu)選pH=2。
5.按照權(quán)利要求2的方法，其特征在于，氯化鈉的質(zhì)量百分比濃度優(yōu)選2%。
6.按照權(quán)利要求2的 方法，其特征在于，吸附溫度優(yōu)選45°C。
7.按照權(quán)利要求2的方法，其特征在于，活性艷藍KN-R廢水中活性艷藍KN-R的濃度`200 ~800mg/L。
【文檔編號】C02F1/28GK103922433SQ201410093945
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月13日
【發(fā)明者】高景峰, 司春英, 楊辰 申請人:北京工業(yè)大學