CN101045563A - 去除水中难降解有机污染物的植物仿生高效吸附剂的制备和使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种去除水中难降解有机污染物的植物仿生高效吸附剂的制备和使用方法。包括如下步骤：1)利用废弃的植物表皮，去除其中的果肉后，获得植物表皮，用索氏法提取，得到天然的蜡质提取液；2)将蜡质提取液与天然黏土矿物混合，天然黏土矿物与蜡质提取液质量体积比1∶3－1∶80，常温下振荡1～6小时，过滤。3)滤饼于常温下风干，并在80～90℃下烘干1～2小时，研磨，过筛40－200目，得到植物仿生高效吸附剂；滤液回收重复使用。本发明具有吸附剂制备简单、绿色，吸附性能强、适合极性和非极性有机废水的吸附处理；吸附剂质稳定、在废水处理中蜡质组分不脱附，特别适合于饮用水中微量有机污染物的吸附处理。
Description
技术领域
本发明涉及水处理技术与应用，尤其涉及一种去除水中难降解有机物的植物仿生高效吸附剂制备和使用方法。
背景技术
20世纪50年代以来，化学工业飞速发展是人工合成的有机物种类和数量与日俱增。人类合成和生产的化学品已有1000万种，有10多万种进入环境。其中持久性有机污染物(persistent organic pollutants，POPs)大多数具有致癌、致崎、致突变性，广泛存在于空气、水体、沉积物、土壤等环境中，且在环境中难以降解，可通过食物链在生物体内传递和积累，对人体健康和生态环境构成严重威胁。为此，2001年122国家的代表在瑞典的斯德哥尔摩签署了著名的“斯德哥尔摩公约”，要求个签署国采取各种措施和国际合作，管制POP的生产、使用、贸易和处理处置。
近年来，许多国家相继投入大量的人力物力，研究和寻找POPs的控制和消除方法。目前我国处理有机废水主要有三类方法，即生物处理、物理化学处理和化学处理。对于工业废水的深度处理研究和应用最多的是物理化学处理技术，包括气提、吹脱、吸附、电解、混凝沉淀、萃取、絮凝等技术。而对有毒难降解有机污染物的物化处理主要采用吸附法、混凝法和萃取法等，其中应用最多的是吸附法，其关键是寻找到大容量、安全、可回收的高效吸附材料。常用的吸附剂有活性炭、吸附树脂、活性炭纤维和改性有机膨润土。目前国内外主要采用活性炭吸附，活性碳对溶解性有机污染物具有很好的处理效果，但其吸附机理是表面吸附，吸附容量小，容易饱和，导致使用成本高。有机膨润土吸附性能好、吸附容量大，在难降解有机废水处理中的应用引起了极大关注，已有相关的发明专利(发明专利号：ZL03116256.8)；但有机膨润土上的表面活性剂容易脱附，造成废水处理中COD难以达标排放。因此，开发新型高效、廉价、稳定、安全的有机废水处理剂具有重要意义。
植物角质层是植物表面由角质和蜡质组成的膜状结构，并由果胶质连结，覆盖在表皮细胞外表面的细胞壁上，对植物起着机械防护和失水保护的作用，是植物抵御污染的最外层；其中蜡质组分对角质层的传输过程起决定作用，有研究表明，去除蜡质组分，水分子和有机物在角质层中的渗透性提高10-1000倍。植物角质层中的蜡质组分性质稳定、不易降解，是植物积累空气中亲脂性持久性有机污染物的主要部位。
发明内容
本发明的目的是提供一种去除水中难降解有机污染物的植物仿生高效吸附剂的制备和使用方法。
去除水中难降解有机污染物的植物仿生高效吸附剂的制备方法包括如下步骤：
1)利用废弃的植物表皮，去除其中的果肉后，获得植物表皮，经索氏方法提取，得到天然的蜡质提取液；
2)将蜡质提取液与天然黏土矿物混合，天然黏土矿物与蜡质提取液质量体积比1∶3-1∶80，常温下振荡1～6小时，过滤；
3)滤饼于常温下风干，并在80～90℃下烘干1～2小时，研磨，过筛40-200目，得到植物仿生高效吸附剂；滤液回收重复使用。
所述的天然黏土矿物为钙基膨润土原土或钠基膨润土原土。天然黏土矿物的粒度为40～200目。植物仿生高效吸附剂中植物角质层蜡质含量为0.1％～60％。废弃的植物表皮为西红柿、苹果、青椒、桔子、土豆、冬瓜的表皮。
去除水中难降解有机污染物的植物仿生高效吸附剂的使用方法：将吸附剂投加到有机废水池中，搅拌、沉淀，吸附剂的用量与待处理有机废水量的比例为1∶1000～1∶10000。所述的有机废水中的难降解有机污染物为萘、芘、菲、萘酚。
本发明是根据植物表面蜡质强烈吸收持久性有机污染物的原理，将植物角质层的蜡质组分负载到天然黏土矿物表面形成植物仿生有机质。该植物仿生吸附剂制备简单、绿色、无二次污染，且吸附性能强。
该植物仿生吸附剂具有疏水性的植物蜡质和亲水性的天然黏土矿物，适合极性和非极性有机废水的吸附处理；吸附剂性质稳定、在废水处理过程中蜡质组分不易脱附，特别适合于饮用水中微量有机污染物的吸附处理。该植物仿生吸附剂密度可调，植物仿生高效吸附剂中植物蜡质含量大于10％时，吸附剂的密度大于水的密度(1g/mL)，便以废水处理工程运用；处理后吸附剂易回收再生使用。所用的蒙脱石矿物是一种比表面积大，分布很广的粘土矿物，资源丰富，成本低。
附图说明
附图是去除水中难降解有机污染物的植物仿生高效吸附剂的制备方法流程图。
具体实施方式
根据植物表面蜡质强烈吸收持久性有机污染物的原理，将植物角质层的蜡质组分负载到天然黏土矿物表面形成植物仿生有机质，去除水中难降解有机污染物；有机废水中的有机污染物为萘、芘、菲、萘酚。
实施例1
1)利用废弃的植物表皮，去除其中的果肉后，获得植物表皮，经索氏提取方法，得到天然的蜡质提取液；
2)将蜡质提取液与天然黏土矿物混合，天然黏土矿物与蜡质提取液质量体积比1∶3，常温下振荡1小时，过滤；
3)滤饼于常温下风干，并在80℃下烘干1小时，研磨，过筛40目，得到植物仿生高效吸附剂；滤液回收重复使用。
实施例2
1)利用废弃的植物表皮，去除其中的果肉后，获得植物表皮，经索氏提取方法，得到天然的蜡质提取液；
2)将蜡质提取液与天然黏土矿物混合，天然黏土矿物与蜡质提取液质量体积比1∶80，常温下振荡6小时，过滤；
3)滤饼于常温下风干，并在90℃下烘干2小时，研磨，过筛200目，得到植物仿生高效吸附剂；滤液回收重复使用。
实施例3
人工剥落新鲜苹果果皮，将果皮在水中煮沸1h后，人工去除尽可能多的果肉。然后用蒸馏水清洗，去除所有残留的果肉，得到大量表皮。将该表皮通过索氏提取器，在70℃下，以1∶1氯仿甲醇有机溶剂提取6h，得到蜡质组分。通过旋转蒸发器蒸发后，再自然晾干。依次在40mL样品瓶中加入0～1.5g植物角质层蜡质样品、30mL甲醇，同时加入一定量的钙基蒙脱石，手摇混合均匀后，置于恒温振荡器中振荡6h，温度为25℃±0.5℃。尽可能吸干上清液，常温下将样品放置于通风橱内晾干，在80-90℃下烘干2h，研磨过100目筛备用。得到植物仿生高效吸附剂，其蜡质负载量为0.1％-60％。
实施例4
取10mg植物仿生高效吸附剂(蜡质含量为40％)与10ml的萘溶液(土水比约为1∶1000)加入10ml的样品瓶中，25℃下振荡24小时(吸附达到平衡)。萘的浓度范围：0.02-28μg/mL。实验测得萘的去除率60％。其中萘的最高吸附量可达21mg/g。当土水比为1∶100时，去除率大于90％。
实施例5
取10mg植物仿生高效吸附剂(蜡质含量为40％)与10ml的菲溶液(土水比约为1∶1000)加入10ml的样品瓶中，25℃下振荡24小时(吸附达到平衡)。菲的浓度范围：0.001-1.0μg/mL。实验测得菲的去除率大于95％。其中菲的最高吸附量可达7mg/g，即1g植物仿生高效吸附剂(蜡质含量为40％)可用于吸附处理7L含芘有机废水(1μg/mL)。
实施例6
取1mg植物仿生高效吸附剂(蜡质含量为40％)与10ml的芘溶液(土水比约为1∶10000)加入10ml的样品瓶中，25℃下振荡24小时(吸附达到平衡)。菲的浓度范围：0.001-0.1μg/mL。实验测得芘的去除率大于99％。其中芘的最高吸附量可达5mg/g；即1g植物仿生高效吸附剂(蜡质含量为40％)可用于吸附处理50L含芘有机废水(0.1μg/mL)。
Claims (7)
1.一种去除水中难降解有机污染物的植物仿生高效吸附剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)利用废弃的植物表皮，去除其中的果肉后，获得植物表皮，用索氏法提取，得到天然的蜡质提取液；
2)将蜡质提取液与天然黏土矿物混合，天然黏土矿物与蜡质提取液质量体积比1∶3-1∶80，常温下振荡1～6小时，过滤；
3)滤饼于常温下风干，并在80～90℃下烘干1～2小时，研磨，过筛40-200目，得到植物仿生高效吸附剂；滤液回收重复使用。
2.根据权利要求1所述的一种去除水中难降解有机污染物的植物仿生高效吸附剂的制备方法，其特征在于所述的天然黏土矿物为钙基膨润土原土或钠基膨润土原土。
3.根据权利要求1所述的一种去除水中难降解有机污染物的植物仿生高效吸附剂的制备方法，其特征在于所述的天然黏土矿物的粒度为40～200目。
4.根据权利要求1所述的一种去除水中难降解有机污染物的植物仿生高效吸附剂的制备方法，其特征在于所述的植物仿生高效吸附剂中植物角质层蜡质含量为0.1％～60％。
5.根据权利要求1所述的一种去除水中难降解有机污染物的植物仿生高效吸附剂的制备方法，其特征所述的废弃的植物表皮为西红柿、苹果、青椒、桔子、土豆、冬瓜的表皮。
6.一种如权利要求1所述方法制备的去除水中难降解有机污染物的植物仿生高效吸附剂的使用方法，其特征在于将吸附剂投加到有机废水池中，搅拌、沉淀，吸附剂的用量与待处理有机废水量的比例为1∶1000～1∶10000。
7.根据权利要求6所述的一种去除水中难降解有机污染物的植物仿生高效吸附剂的使用方法，其特征在于所述的有机废水中的难降解有机污染物为萘、芘、菲、萘酚。
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