一種吸附水中鉛離子的磁性桉葉生物質(zhì)吸附劑及其應(yīng)用和快速分離方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種吸附水中鉛離子的磁性桉葉生物質(zhì)吸附劑及其應(yīng)用和快速分離方法，利用甲醛以及硫酸將鞣質(zhì)及多肽等有效物質(zhì)固定于桉葉粉內(nèi)，再通過共沉淀法制成磁性桉葉生物質(zhì)吸附劑，本發(fā)明不僅原料廉價，并含有大量能與重金屬發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)的鞣質(zhì)、多肽等物質(zhì)，對水中鉛離子具有良好的吸附效果；在外加磁場條件下，高含量的吸附劑通過簡單的磁分離裝置實現(xiàn)快速分離，解決了吸附法中吸附劑固液分離難的問題，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】
一種吸附水中鉛離子的磁性桉葉生物質(zhì)吸附劑及其應(yīng)用和快速分離方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于水處理技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種以桉葉為原料的磁性生物質(zhì)吸附劑及其應(yīng)用和快速分離方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鉛(Pb)是一種有色重金屬，據(jù)統(tǒng)計，我國鉛產(chǎn)量占世界總鉛產(chǎn)量的42.2%，已連續(xù)13年位居世界第一。鉛具有強污染性，它在生產(chǎn)冶煉過程中會產(chǎn)生大量的廢水，若未經(jīng)處理達標(biāo)則外排入環(huán)境，會帶來極大的危害。廢水中的Pb對人體的危害極大，水環(huán)境中的Pb及其化合物易通過消化道進入人體內(nèi)，并與人體內(nèi)的酶、蛋白質(zhì)等物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，從而影響到人體組織細胞的活性，輕則使人頭痛、嘔吐，損害人類的大腦和神經(jīng)系統(tǒng)，影響智力發(fā)育，重則導(dǎo)致死亡。
[0003]吸附法是一種有效處理水中重金屬離子的方法，其具有操作簡單、成本低廉、耗時較短以及設(shè)備占地面積小等優(yōu)點。廣西是中國桉樹的主要栽培區(qū)，種植面積已超過2800萬畝。每年桉樹的主伐和間伐過程中會產(chǎn)生大量廢棄物(如樹皮、桉葉和木肩等)，若未能得到有效的利用，則形成資源浪費。研究表明桉葉內(nèi)含有鞣質(zhì)、糖類、多肽等物質(zhì)，而這些物質(zhì)可能會與廢水中金屬離子發(fā)生反應(yīng)，達到去除重金屬的目的。因此，它們可用于制備環(huán)境友好型的重金屬離子生物質(zhì)吸附劑。
[0004]對桉葉中的鞣質(zhì)、多肽等有效物質(zhì)進行固定后，得到桉葉吸附劑，當(dāng)Pb(II)初始濃度為100mg/L、pH為5、反應(yīng)時間為lh、吸附劑投加量為2g/L時，去除率達100%，效果優(yōu)于同類吸附劑。但該吸附劑比重較小，存在固液分離難的問題。因此，能否找到一種能實現(xiàn)其快速分離的方法是解決其應(yīng)用的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明從農(nóng)林廢棄物綜合利用和水污染控制的角度出發(fā)，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種富含鞣質(zhì)、酚類等有機物且能實現(xiàn)快速固液分離的磁性生物質(zhì)吸附劑，并將其應(yīng)用于水中Pb(II)的去除，達到制備方法簡單，吸附及分離用時短，效果良好的目的。
[0006]本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下:
[0007]—種吸附水中鉛離子的磁性桉葉生物質(zhì)吸附劑，由以下步驟制備而成:
[0008](I)將速生桉的樹葉置于25?60°C的烘箱中烘干，粉碎過篩，得到桉葉粉;將桉葉粉與10?50 %的HCHO溶液和0.5?1.5mol/L的H2SO4溶液依次加入大燒杯中，在25?60°C下，用恒溫加熱磁力攪拌器不斷攪拌，至混合物呈粘稠狀，加去離子水洗滌直至PH為4.0?6.0;再放入25?60°C烘箱中烘干，研磨過篩，即可得到改性桉葉粉吸附劑；
[0009](2)將步驟(I)所得的改性桉葉粉吸附劑置于燒杯內(nèi)，加去離子水，攪勻備用；另取燒杯，加入去離子水、FeCl3.6H20和FeSO4.7H20，在氮氣保護下攪拌直至固體完全溶解，并將得到的溶液加入含有改性桉葉粉吸附劑的燒杯中，在氮氣保護下，攪勻并用NaOH調(diào)pH至1?11之間，電動攪拌并同時煮沸I?2h，用磁場分離，洗滌至中性，烘干，并破碎過10目篩，即得桉葉磁性生物質(zhì)吸附劑。
[0010]作為優(yōu)選方案，所述的步驟(I)中，桉葉粉與37%的HCHO溶液和lmol/I^H2S04的比例為 10g:1OOmL: 5mL。
[0011]作為優(yōu)選方案，所述的步驟(2)中，取500mL燒杯，加入IOg改性桉葉粉吸附劑以及150mL去離子水?dāng)噭騻溆?；另?50mL燒杯，加入200mL去離子水、1g FeCl3.6H20以及5.14gFeSO4.7H20晶體，在氮氣保護下攪拌溶解，并將得到溶液加入含有改性桉葉粉吸附劑的燒杯中，在氮氣保護下，攪勻并用1moVL的NaOH調(diào)pH至10?11之間，電動攪拌并同時煮沸Ih，用磁場分離，洗滌至中性，烘干，并破碎過100目篩，即得桉葉磁性生物質(zhì)吸附劑。
[0012]本發(fā)明還請求保護將所述的磁性桉葉生物質(zhì)吸附劑用于處理水中Pb(II)的應(yīng)用。
[0013]所述的應(yīng)用中，優(yōu)選的處理條件為:反應(yīng)時間為30min，反應(yīng)溫度為室溫，pH為5。
[0014]本發(fā)明還請求保護所述的磁性桉葉生物質(zhì)吸附劑的快速磁分離方法，具體為:SP當(dāng)吸附劑濃度不大于8g/L時，只需在0.5T的磁場下分離5min，而當(dāng)吸附劑濃度大于8g/L小于20g/L時，需要在0.5T的磁場下分離1min，當(dāng)吸附劑濃度不小于20g/L時，需要在0.5T的磁場下分離1min以上。
[0015]本發(fā)明利用甲醛以及硫酸將鞣質(zhì)及多肽等有效物質(zhì)固定于桉葉粉內(nèi)，再通過共沉淀法制成磁性桉葉生物質(zhì)吸附劑，該吸附劑不僅原料廉價，并含有大量能與重金屬發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)的鞣質(zhì)、多肽等物質(zhì)，對水中鉛離子具有良好的吸附效果;在外加磁場條件下，高含量的吸附劑通過簡單的磁分離裝置實現(xiàn)快速分離，解決了吸附法中吸附劑固液分離難的問題，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0016]圖1為實施例2所述的反應(yīng)時間對吸附效果的影響結(jié)果。
[0017]圖2為實施例3所述的pH對吸附效果的影響結(jié)果。
[0018]圖3為實施例4所述的時間和吸附劑含量對磁分離效果的影響結(jié)果。
[0019]圖4為改性桉葉粉吸附劑的掃描電鏡圖。
[0020]圖5為桉葉磁性生物質(zhì)吸附劑的掃描電鏡圖。
【具體實施方式】
[0021 ]實施例1桉葉磁性生物質(zhì)吸附劑的制備
[0022](I)將速生桉的樹葉置于40°C的烘箱中烘干，粉碎過篩，得到桉葉粉;將桉葉粉與37 %的HCHO溶液和ImoI/L的H2SO4溶液按照1g: 10mL: 5mL的比例依次加入大燒杯中，在500C下，用恒溫加熱磁力攪拌器不斷攪拌，至混合物呈粘稠狀，加去離子水洗滌多次，直至pH>6.0；再放入50 °C烘箱中烘干，研磨過篩，S卩可得到改性桉葉粉吸附劑；
[0023](2)取500mL燒杯，加入1g改性桉葉粉吸附劑以及150mL去離子水?dāng)噭騻溆?；另?50mL燒杯，加入200mL去離子水、1g FeCl3.6H20以及5.14g FeSO4.7H20晶體，在氮氣保護下攪拌溶解，并將得到溶液加入含有改性桉葉粉吸附劑的燒杯中，在氮氣保護下，攪勻并用lOmol/L的NaOH調(diào)pH至10?11之間，電動攪拌并同時煮沸Ih，用磁場分離，洗滌至中性，烘干，并破碎過100目篩，即得桉葉磁性生物質(zhì)吸附劑樣品。
[0024]實施例2時間與溫度對吸附的影響
[0025]稱量若干份0.05g樣品置于錐形瓶中，分別移取25mLpH為4初始濃度為100mg/L的鉛溶液于各錐形瓶中，在溫度為300C的條件下分別振蕩5、10、15、25、60、120min后過濾，利用原子吸收分光光度計測定濾液中鉛的濃度，計算去除率。由圖1可知:在25min內(nèi)，隨著反應(yīng)時間的增加，吸附劑對Pb(II)的去除率迅速增加，25min后，吸附劑對Pb(II)的去除率變化緩慢，30min時基本達到平衡。這是因為在吸附的開始階段，吸附主要依靠吸附劑表面的吸附點位對Pb(II)進行吸附，隨著吸附反應(yīng)過程的進行，吸附劑表面的吸附點位逐漸達到平衡，使對重金屬離子的吸附由表面向內(nèi)部孔道上的吸附點位轉(zhuǎn)移，吸附速率變慢。因此，本發(fā)明所制備的吸附劑去除水中鉛離子的最佳反應(yīng)時間為30min。
[0026]稱量若干份0.05g樣品置于錐形瓶中，分別移取25mLpH為4初始濃度為100mg/L的鉛溶液于各錐形瓶中，在溫度為25、40、55°C的條件下分別振蕩60min后過濾，利用原子吸收分光光度計測定濾液中鉛的濃度，計算去除率。結(jié)果發(fā)現(xiàn)溫度對吸附劑去除Pb(II)的效果影響不大，即該過程也適用于在常溫條件下進行，這有利于該吸附劑的實際應(yīng)用。
[0027]實施例3溶液pH對吸附的影響
[0028]稱量若干份0.05g樣品置于錐形瓶中，分別移取25mL pH為1、2、3、4、5、6、7初始濃度為100mg/L的鉛溶液于各錐形瓶中，在溫度為30 0C的條件下振蕩30min后過濾，利用原子吸收分光光度計測定濾液中鉛的濃度，計算去除率。圖2顯示，吸附劑對Pb(II)的去除率隨著溶液初始PH的增加呈上升趨勢，當(dāng)pH為5時，去除率達100%。這可能是因為，在低pH的情況下(pH〈4)，溶液中H+的濃度增大，H+與金屬陽離子共同競爭吸附劑表面的有效吸附位點；當(dāng)pH值逐漸升高時，H+逐漸減少，與Pb(II)的競爭也減弱，使其去除率也增加。因此，本發(fā)明所制備的吸附劑去除水中鉛離子的最佳PH為5.0。
[0029]實施例4時間及吸附劑含量對磁分離的影響
[0030]在透明塑料杯中加入不同質(zhì)量(0.2、0.8、1.4、2g)的樣品和10mL的去離子水，攪拌均勻后置于強磁上(0.5T)沉降，并在0、5、10、30、60min處取樣，測濁度，且同時做平行實驗，并繪制不同沉降時間下不同質(zhì)量的吸附劑與水樣濁度的關(guān)系圖。圖3顯示，磁場對吸附劑的磁分離能力隨著吸附劑的含量的增加而降低。在5min時，2g/L的水樣濁度為22.6NTU，8g/L的為57NTU，而20g//L的為108.5NTU;當(dāng)時間為1min時，8g//L的水樣濁度僅為28NTU，20g/L的水樣濁度下降更為明顯，僅剩65NTU。因此，當(dāng)吸附劑濃度小于8g/L時，只需在0.5T的磁場下分離5min，而當(dāng)吸附劑濃度大于8g/L小于20g/L時，需要在0.5T的磁場下分離lOmin，當(dāng)吸附劑濃度大于20g/L時，需要在0.5T的磁場下分離1min以上。
【主權(quán)項】
1.一種吸附水中鉛離子的磁性桉葉生物質(zhì)吸附劑，其特征在于，所述的磁性桉葉生物質(zhì)吸附劑由以下步驟制備而成: (1)將速生桉的樹葉置于25?60°C的烘箱中烘干，粉碎過篩，得到桉葉粉;將桉葉粉與10-50%的HCHO溶液和0.5?1.5mol/L的H2SO4溶液依次加入大燒杯中，在25?60°C下，用恒溫加熱磁力攪拌器不斷攪拌，至混合物呈粘稠狀，加去離子水洗滌直至PH為4.0?6.0;再放入25?60°C烘箱中烘干，研磨過篩，即可得到改性桉葉粉吸附劑； (2)將步驟(I)所得的改性桉葉粉吸附劑置于燒杯內(nèi)，加去離子水，攪勻備用；另取燒杯，加入去離子水、FeCl3.6H20和FeSO4.7H20，在氮氣保護下攪拌直至固體完全溶解，并將得到的溶液加入含有改性桉葉粉吸附劑的燒杯中，在氮氣保護下，攪勻并用NaOH調(diào)pH至10?11之間，電動攪拌并同時煮沸I?2h，用磁場分離，洗滌至中性，烘干，并破碎過100目篩，即得桉葉磁性生物質(zhì)吸附劑。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸附水中鉛離子的磁性桉葉生物質(zhì)吸附劑，其特征在于，所述的步驟(I)中，桉葉粉與37 %的HCHO溶液和Imo 1/L的H2SO4的比例SlOg:1OOmL: 5mL。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸附水中鉛離子的磁性桉葉生物質(zhì)吸附劑，其特征在于，所述的步驟(2)中，取500mL燒杯，加入I Og改性桉葉粉吸附劑以及150mL去離子水?dāng)噭騻溆茫涣砣?50mL燒杯，加入200mL去離子水、1g FeCl3.6H20以及5.14g FeSO4.7H20晶體，在氮氣保護下攪拌溶解，并將得到溶液加入含有改性桉葉粉吸附劑的燒杯中，在氮氣保護下，攪勻并用lOmol/L的NaOH調(diào)pH至10?11之間，電動攪拌并同時煮沸Ih，用磁場分離，洗滌至中性，烘干，并破碎過100目篩，即得桉葉磁性生物質(zhì)吸附劑。4.權(quán)利要求1-3所述的磁性桉葉生物質(zhì)吸附劑用于處理水中Pb(II)的應(yīng)用。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的應(yīng)用，其特征在于，處理水中Pb(II)的條件為:反應(yīng)時間為30min，反應(yīng)溫度為室溫，pH為5。6.權(quán)利要求1-3所述的磁性桉葉生物質(zhì)吸附劑的快速磁分離方法，其特征在于，具體步驟為:當(dāng)吸附劑濃度不大于8g/L時，在0.5T的磁場下分離5min，而當(dāng)吸附劑濃度大于8g/L小于20g/L時，在0.51'的磁場下分離10111；[11，當(dāng)吸附劑濃度不小于2(^凡時，在0.5T的磁場下分離1min以上。
【文檔編號】B01J20/24GK106000341SQ201610430929
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月17日
【發(fā)明人】唐艷葵, 王生業(yè), 莫雅圓, 陳玲
【申請人】廣西大學(xué)