專利名稱：去除水中難降解有機(jī)污染物的植物仿生高效吸附劑的制備和使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水處理技術(shù)與應(yīng)用，尤其涉及一種去除水中難降解有機(jī)物的植物仿生高效吸附劑制備和使用方法。
背景技術(shù)：
20世紀(jì)50年代以來，化學(xué)工業(yè)飛速發(fā)展是人工合成的有機(jī)物種類和數(shù)量與日俱增。人類合成和生產(chǎn)的化學(xué)品已有1000萬種，有10多萬種進(jìn)入環(huán)境。其中持久性有機(jī)污染物(persistent organic pollutants，POPs)大多數(shù)具有致癌、致崎、致突變性，廣泛存在于空氣、水體、沉積物、土壤等環(huán)境中，且在環(huán)境中難以降解，可通過食物鏈在生物體內(nèi)傳遞和積累，對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重威脅。為此，2001年122國(guó)家的代表在瑞典的斯德哥爾摩簽署了著名的“斯德哥爾摩公約”，要求個(gè)簽署國(guó)采取各種措施和國(guó)際合作，管制POP的生產(chǎn)、使用、貿(mào)易和處理處置。
近年來，許多國(guó)家相繼投入大量的人力物力，研究和尋找POPs的控制和消除方法。目前我國(guó)處理有機(jī)廢水主要有三類方法，即生物處理、物理化學(xué)處理和化學(xué)處理。對(duì)于工業(yè)廢水的深度處理研究和應(yīng)用最多的是物理化學(xué)處理技術(shù)，包括氣提、吹脫、吸附、電解、混凝沉淀、萃取、絮凝等技術(shù)。而對(duì)有毒難降解有機(jī)污染物的物化處理主要采用吸附法、混凝法和萃取法等，其中應(yīng)用最多的是吸附法，其關(guān)鍵是尋找到大容量、安全、可回收的高效吸附材料。常用的吸附劑有活性炭、吸附樹脂、活性炭纖維和改性有機(jī)膨潤(rùn)土。目前國(guó)內(nèi)外主要采用活性炭吸附，活性碳對(duì)溶解性有機(jī)污染物具有很好的處理效果，但其吸附機(jī)理是表面吸附，吸附容量小，容易飽和，導(dǎo)致使用成本高。有機(jī)膨潤(rùn)土吸附性能好、吸附容量大，在難降解有機(jī)廢水處理中的應(yīng)用引起了極大關(guān)注，已有相關(guān)的發(fā)明專利(發(fā)明專利號(hào)ZL03116256.8)；但有機(jī)膨潤(rùn)土上的表面活性劑容易脫附，造成廢水處理中COD難以達(dá)標(biāo)排放。因此，開發(fā)新型高效、廉價(jià)、穩(wěn)定、安全的有機(jī)廢水處理劑具有重要意義。
植物角質(zhì)層是植物表面由角質(zhì)和蠟質(zhì)組成的膜狀結(jié)構(gòu)，并由果膠質(zhì)連結(jié)，覆蓋在表皮細(xì)胞外表面的細(xì)胞壁上，對(duì)植物起著機(jī)械防護(hù)和失水保護(hù)的作用，是植物抵御污染的最外層；其中蠟質(zhì)組分對(duì)角質(zhì)層的傳輸過程起決定作用，有研究表明，去除蠟質(zhì)組分，水分子和有機(jī)物在角質(zhì)層中的滲透性提高10-1000倍。植物角質(zhì)層中的蠟質(zhì)組分性質(zhì)穩(wěn)定、不易降解，是植物積累空氣中親脂性持久性有機(jī)污染物的主要部位。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種去除水中難降解有機(jī)污染物的植物仿生高效吸附劑的制備和使用方法。
去除水中難降解有機(jī)污染物的植物仿生高效吸附劑的制備方法包括如下步驟1)利用廢棄的植物表皮，去除其中的果肉后，獲得植物表皮，經(jīng)索氏方法提取，得到天然的蠟質(zhì)提取液；2)將蠟質(zhì)提取液與天然黏土礦物混合，天然黏土礦物與蠟質(zhì)提取液質(zhì)量體積比1∶3-1∶80，常溫下振蕩1～6小時(shí)，過濾；3)濾餅于常溫下風(fēng)干，并在80～90℃下烘干1～2小時(shí)，研磨，過篩40-200目，得到植物仿生高效吸附劑；濾液回收重復(fù)使用。
所述的天然黏土礦物為鈣基膨潤(rùn)土原土或鈉基膨潤(rùn)土原土。天然黏土礦物的粒度為40～200目。植物仿生高效吸附劑中植物角質(zhì)層蠟質(zhì)含量為0.1％～60％。廢棄的植物表皮為西紅柿、蘋果、青椒、桔子、土豆、冬瓜的表皮。
去除水中難降解有機(jī)污染物的植物仿生高效吸附劑的使用方法將吸附劑投加到有機(jī)廢水池中，攪拌、沉淀，吸附劑的用量與待處理有機(jī)廢水量的比例為1∶1000～1∶10000。所述的有機(jī)廢水中的難降解有機(jī)污染物為萘、芘、菲、萘酚。
本發(fā)明是根據(jù)植物表面蠟質(zhì)強(qiáng)烈吸收持久性有機(jī)污染物的原理，將植物角質(zhì)層的蠟質(zhì)組分負(fù)載到天然黏土礦物表面形成植物仿生有機(jī)質(zhì)。該植物仿生吸附劑制備簡(jiǎn)單、綠色、無二次污染，且吸附性能強(qiáng)。
該植物仿生吸附劑具有疏水性的植物蠟質(zhì)和親水性的天然黏土礦物，適合極性和非極性有機(jī)廢水的吸附處理；吸附劑性質(zhì)穩(wěn)定、在廢水處理過程中蠟質(zhì)組分不易脫附，特別適合于飲用水中微量有機(jī)污染物的吸附處理。該植物仿生吸附劑密度可調(diào)，植物仿生高效吸附劑中植物蠟質(zhì)含量大于10％時(shí)，吸附劑的密度大于水的密度(1g/mL)，便以廢水處理工程運(yùn)用；處理后吸附劑易回收再生使用。所用的蒙脫石礦物是一種比表面積大，分布很廣的粘土礦物，資源豐富，成本低。


附圖是去除水中難降解有機(jī)污染物的植物仿生高效吸附劑的制備方法流程圖。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)植物表面蠟質(zhì)強(qiáng)烈吸收持久性有機(jī)污染物的原理，將植物角質(zhì)層的蠟質(zhì)組分負(fù)載到天然黏土礦物表面形成植物仿生有機(jī)質(zhì)，去除水中難降解有機(jī)污染物；有機(jī)廢水中的有機(jī)污染物為萘、芘、菲、萘酚。
實(shí)施例11)利用廢棄的植物表皮，去除其中的果肉后，獲得植物表皮，經(jīng)索氏提取方法，得到天然的蠟質(zhì)提取液；2)將蠟質(zhì)提取液與天然黏土礦物混合，天然黏土礦物與蠟質(zhì)提取液質(zhì)量體積比1∶3，常溫下振蕩1小時(shí)，過濾；3)濾餅于常溫下風(fēng)干，并在80℃下烘干1小時(shí)，研磨，過篩40目，得到植物仿生高效吸附劑；濾液回收重復(fù)使用。
實(shí)施例21)利用廢棄的植物表皮，去除其中的果肉后，獲得植物表皮，經(jīng)索氏提取方法，得到天然的蠟質(zhì)提取液；2)將蠟質(zhì)提取液與天然黏土礦物混合，天然黏土礦物與蠟質(zhì)提取液質(zhì)量體積比1∶80，常溫下振蕩6小時(shí)，過濾；3)濾餅于常溫下風(fēng)干，并在90℃下烘干2小時(shí)，研磨，過篩200目，得到植物仿生高效吸附劑；濾液回收重復(fù)使用。
實(shí)施例3人工剝落新鮮蘋果果皮，將果皮在水中煮沸1h后，人工去除盡可能多的果肉。然后用蒸餾水清洗，去除所有殘留的果肉，得到大量表皮。將該表皮通過索氏提取器，在70℃下，以1∶1氯仿甲醇有機(jī)溶劑提取6h，得到蠟質(zhì)組分。通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器蒸發(fā)后，再自然晾干。依次在40mL樣品瓶中加入0～1.5g植物角質(zhì)層蠟質(zhì)樣品、30mL甲醇，同時(shí)加入一定量的鈣基蒙脫石，手搖混合均勻后，置于恒溫振蕩器中振蕩6h，溫度為25℃±0.5℃。盡可能吸干上清液，常溫下將樣品放置于通風(fēng)櫥內(nèi)晾干，在80-90℃下烘干2h，研磨過100目篩備用。得到植物仿生高效吸附劑，其蠟質(zhì)負(fù)載量為0.1％-60％。
實(shí)施例4取10mg植物仿生高效吸附劑(蠟質(zhì)含量為40％)與10ml的萘溶液(土水比約為1∶1000)加入10ml的樣品瓶中，25℃下振蕩24小時(shí)(吸附達(dá)到平衡)。萘的濃度范圍0.02-28μg/mL。實(shí)驗(yàn)測(cè)得萘的去除率60％。其中萘的最高吸附量可達(dá)21mg/g。當(dāng)土水比為1∶100時(shí)，去除率大于90％。
實(shí)施例5
取10mg植物仿生高效吸附劑(蠟質(zhì)含量為40％)與10ml的菲溶液(土水比約為1∶1000)加入10ml的樣品瓶中，25℃下振蕩24小時(shí)(吸附達(dá)到平衡)。菲的濃度范圍0.001-1.0μg/mL。實(shí)驗(yàn)測(cè)得菲的去除率大于95％。其中菲的最高吸附量可達(dá)7mg/g，即1g植物仿生高效吸附劑(蠟質(zhì)含量為40％)可用于吸附處理7L含芘有機(jī)廢水(1μg/mL)。
實(shí)施例6取1mg植物仿生高效吸附劑(蠟質(zhì)含量為40％)與10ml的芘溶液(土水比約為1∶10000)加入10ml的樣品瓶中，25℃下振蕩24小時(shí)(吸附達(dá)到平衡)。菲的濃度范圍0.001-0.1μg/mL。實(shí)驗(yàn)測(cè)得芘的去除率大于99％。其中芘的最高吸附量可達(dá)5mg/g；即1g植物仿生高效吸附劑(蠟質(zhì)含量為40％)可用于吸附處理50L含芘有機(jī)廢水(0.1μg/mL)。
權(quán)利要求
1.一種去除水中難降解有機(jī)污染物的植物仿生高效吸附劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟1)利用廢棄的植物表皮，去除其中的果肉后，獲得植物表皮，用索氏法提取，得到天然的蠟質(zhì)提取液；2)將蠟質(zhì)提取液與天然黏土礦物混合，天然黏土礦物與蠟質(zhì)提取液質(zhì)量體積比1∶3-1∶80，常溫下振蕩1～6小時(shí)，過濾；3)濾餅于常溫下風(fēng)干，并在80～90℃下烘干1～2小時(shí)，研磨，過篩40-200目，得到植物仿生高效吸附劑；濾液回收重復(fù)使用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種去除水中難降解有機(jī)污染物的植物仿生高效吸附劑的制備方法，其特征在于所述的天然黏土礦物為鈣基膨潤(rùn)土原土或鈉基膨潤(rùn)土原土。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種去除水中難降解有機(jī)污染物的植物仿生高效吸附劑的制備方法，其特征在于所述的天然黏土礦物的粒度為40～200目。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種去除水中難降解有機(jī)污染物的植物仿生高效吸附劑的制備方法，其特征在于所述的植物仿生高效吸附劑中植物角質(zhì)層蠟質(zhì)含量為0.1％～60％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種去除水中難降解有機(jī)污染物的植物仿生高效吸附劑的制備方法，其特征所述的廢棄的植物表皮為西紅柿、蘋果、青椒、桔子、土豆、冬瓜的表皮。
6.一種如權(quán)利要求1所述方法制備的去除水中難降解有機(jī)污染物的植物仿生高效吸附劑的使用方法，其特征在于將吸附劑投加到有機(jī)廢水池中，攪拌、沉淀，吸附劑的用量與待處理有機(jī)廢水量的比例為1∶1000～1∶10000。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種去除水中難降解有機(jī)污染物的植物仿生高效吸附劑的使用方法，其特征在于所述的有機(jī)廢水中的難降解有機(jī)污染物為萘、芘、菲、萘酚。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種去除水中難降解有機(jī)污染物的植物仿生高效吸附劑的制備和使用方法。包括如下步驟1)利用廢棄的植物表皮，去除其中的果肉后，獲得植物表皮，用索氏法提取，得到天然的蠟質(zhì)提取液；2)將蠟質(zhì)提取液與天然黏土礦物混合，天然黏土礦物與蠟質(zhì)提取液質(zhì)量體積比1∶3－1∶80，常溫下振蕩1～6小時(shí)，過濾。3)濾餅于常溫下風(fēng)干，并在80～90℃下烘干1～2小時(shí)，研磨，過篩40－200目，得到植物仿生高效吸附劑；濾液回收重復(fù)使用。本發(fā)明具有吸附劑制備簡(jiǎn)單、綠色，吸附性能強(qiáng)、適合極性和非極性有機(jī)廢水的吸附處理；吸附劑質(zhì)穩(wěn)定、在廢水處理中蠟質(zhì)組分不脫附，特別適合于飲用水中微量有機(jī)污染物的吸附處理。
文檔編號(hào)B01J20/24GK101045563SQ20071006778
公開日2007年10月3日 申請(qǐng)日期2007年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月26日
發(fā)明者陳寶梁, 周丹丹, 趙麗平 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)