CN101239305A - 改性植物纤维性廉价生物吸附剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种用植物纤维性废弃物制备重金属吸附剂的方法，步骤如下：称取纤维性废弃物原材料，水洗，干燥至恒重；将材料粉碎筛选，筛选原材料粉末；将筛选后的原材料粉末与去离水或碱溶液混合搅拌，再将混合相用晒网过滤得水洗或碱洗后的植物粉末，并用水充分清洗多次，直至清洗液澄清，再把清洗后的植物粉末干燥至恒重；将所得碱洗或水洗后的材料与羧酸溶液混合，以搅拌后，将混合后的固液混合体进行鼓风干燥，然后升温发生热化学反应，保温后冷却至室温；清洗热化学反应后的植物粉末，然后把润湿的粉末干燥至恒重，冷却后即得对应羧酸改性植物纤维性生物吸附剂。本发明具有成本低廉、来源广泛、工艺简单的特点。

Description

改性植物纤维性廉价生物吸附剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种废水处理技术领域的制备方法，特别是一种改性植物纤维性廉价生物吸附剂的制备方法。
背景技术
近年来，吸附法成为一种被看好的重金属污水处理方法。活性炭就是一种优秀的吸附材料。但由于活性炭的成本高，人们越来越关注寻找廉价的吸附剂。这些廉价的吸附剂包括沸石、粘土等天然物质，飞灰、炉渣等工业废弃物，还有秸秆、果皮等农林废弃物。这些废弃物成本低，其处理不当还会造成环境污染。通过物理处理和化学改性制备廉价吸附剂不仅具有较大的经济效益，还具有较大的社会效益。
经对现有技术的文献检索发现，围绕重金属吸附剂的制备方法，有不少的文献报道，如中国专利CN01138359.3，名称为：“用于废水处理的累托石吸附剂及其生产方法”。该专利的技术特点在于用铝盐、铁盐或铝盐和铁盐的混合物作交联剂，在搅拌状态下将交联剂滴加到累托石悬浮液中，经交联反应、静置、过滤、干燥制得交联累托石混合物，再添加成型剂造粒、焙烧制得累托石吸附剂。该技术可以得到对重金属离子具有良好的去除效果的累托石吸附剂。但是该技术所用原材料成本较高，同时技术工艺相对复杂。
发明内容
本发明针对现有技术的不足和缺陷，提供一种改性植物纤维性廉价生物吸附剂的制备方法，使其利用秸秆、豆壳、稻壳等植物纤维性废弃物制备重金属生物吸附剂，制备的吸附剂对重金属废水具有较好的吸附能力，同时成本低廉、工艺相对简单。
本发明是通过以下技术方案实现的，包括如下步骤：
第一步，称取纤维性废弃物原材料，水洗，干燥至恒重；
第二步，将第一步中材料粉碎筛选，筛选原材料粉末；
第三步，将第二步中筛选后的原材料粉末与去离水或碱溶液混合搅拌，再将混合相用晒网过滤得水洗或碱洗后的植物粉末，并用水充分清洗多次，直至清洗液澄清，再把清洗后的植物粉末干燥至恒重；
第四步，将第三步中所得碱洗或水洗后的材料与羧酸溶液混合，以搅拌后，将混合后的固液混合体进行鼓风干燥，然后升温发生热化学反应，保温后冷却至室温。
第五步，清洗热化学反应后的植物粉末，然后把润湿的粉末干燥至恒重，冷却后即得对应羧酸改性植物纤维性生物吸附剂。
第一步中，所述的植物纤维性废弃物，指大豆杆、绿豆壳、玉米芯、稻壳、花生壳等。
第二步中，在质量较集中的10目-100目的粒径范围内选取的植物粉末。
第三步中，水洗或碱洗是为了去除原材料中的水溶性物质或色素等的碱溶性物质，所用碱溶液的浓度在0.05M-0.1M范围内。
第四步中，所述羧酸指柠檬酸、乳糖酸、苹果酸、琥珀酸、酒石酸等，所述羧酸的浓度在0.5M-1M范围内，搅拌速度在500r/min-1000r/min范围内。鼓风干燥的温度是50℃，时间是24小时。保温时间为30分钟-120分钟。升温的温度为80℃-160℃。
第五步中，清洗植物粉末的过程与第三步中的清洗过程相同，清洗多次直至清洗液澄清并呈中性或微偏酸性。
本发明基于以下原理：秸秆、玉米芯、豆壳、稻壳等植物纤维性废弃物，细胞的毛细管结构赋予它多孔性，本身就具有初步的物理吸附能力。从化学组成上看，植物纤维性废弃物主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，这些组分很有丰富羟基官能团，可与羧酸在较高温发生脂化反应，脂化生成物在水中电离出的羧基可产生对重金属离子的化学吸附。
本发明通过植物纤维性废弃物的选择、控制其工艺参数，可以获得多种羧酸改性植物系生物吸附材料，吸附实验证实其对重金属具有较大的吸附能力，电镜和光谱方法知其吸附得之与其多孔结构和改性所得羧基官能团。
本发明采用成本低廉、来源广泛的植物纤维性废弃物为原料，经过水洗，粉碎筛选，碱洗，羧酸热化学改性，即得到重金属生物吸附剂，工艺较简单，选择性范围广，对Cu，Cd，Ni，Pb等重金属具有较好的吸附效果。本发明利用的植物纤维性废弃物制备的羧酸改性植物系生物吸附剂在重金属废水处理领域有着良好的应用前景。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例一
以大豆秸秆为原材料，清洗干净后烘干并粉碎，筛选得40-100目的大豆杆粉末。然后以1g对应20ml 0.1M NaOH的比例混合搅拌60分钟，再用100目筛网过滤并用水清洗碱洗后的秸秆粉末，清洗过程重复数次直至清洗液澄清为止，100℃烘干。接下来，将上述所得大豆杆粉末以1g对应9ml 0.6M柠檬酸溶液的比例混合，以1000r/min的速度搅拌一小时，把所得固液混合相放置于不锈钢方盘中，50℃鼓风干燥24h后，升温到120℃，保温90分钟后冷却至室温。再次清洗所得反应物，直至清洗液澄清并呈中性，将所得湿润的改性大豆杆粉末100℃烘干，冷却后即得柠檬酸改性大豆秸秆吸附剂。其对铜离子具有较好的吸附性能，最大吸附能力可达48.14mg/g。
实施例二
以绿豆壳为原材料，清洗干净后烘干并粉碎，筛选得10-40目的绿豆壳粉末。然后以1g对应30ml 0.05M NaOH的比例混合搅拌30分钟，再用40目筛网过滤并用水清洗碱洗后的绿豆壳粉末，清洗过程重复数次直至清洗液澄清为止，60℃烘干。接下来，将上述得到绿豆壳粉末以1g对应10ml 0.5M乳糖酸溶液的比例混合，以500r/min的速度搅拌一小时，把所得固液混合相放置于不锈钢方盘中，50℃鼓风干燥24小时后，升温到100℃，保温60分钟后冷却至室温。再次清洗所得反应物，直至清洗液澄清并呈中性，将所得湿润的改性绿豆壳粉末60℃烘干，冷却后即得乳糖酸改性绿豆壳吸附剂。其对镉离子具有较好的吸附性能，最大吸附能力可达105.28mg/g。
实施例三
以玉米芯为原材料，清洗干净后烘干并粉碎，筛选得40-60目的玉米芯粉末。然后以1g对应25ml去离子水的比例混合搅拌15分钟，再用60目筛网过滤得一次水洗后的玉米芯粉末，此水洗过程重复数次直至清洗液澄清为止，80℃烘干。接下来，将上述得到的玉米芯粉末以1g对应8ml 1M苹果酸溶液的比例混合，以800r/min的速度搅拌一小时，把所得固液混合相放置于不锈钢方盘中，50℃鼓风干燥24小时后，升温到80℃，保温120分钟后冷却至室温。再次清洗所得反应物，直至清洗液澄清并呈中性，将所得湿润的改性玉米芯粉末80℃烘干，冷却后即得苹果酸改性玉米芯吸附剂。其对镍离子具有较好的吸附性能，最大吸附能力可达39.92mg/g。
实施例四
以花生壳为原材料，清洗干净后烘干并粉碎，筛选得60-80目的花生壳粉末。然后以1g对应25ml 0.08M NaOH的比例混合搅拌45分钟，再用80目筛网过滤并用水清洗碱洗后的花生壳粉末，清洗过程重复数次直至清洗液澄清为止，80℃烘干。接下来，将上述得到的花生壳粉末以1g对应8ml 0.8M琥珀酸溶液的比例混合，以800r/min的速度搅拌一小时，把所得固液混合相放置于不锈钢方盘中，50℃鼓风干燥24小时后，升温到160℃，保温30分钟后冷却至室温。再次清洗所得反应物，直至清洗液澄清并呈中性，将所得湿润的改性花生壳粉末80℃烘干，冷却后即得即得琥珀酸改性花生壳吸附剂。其对铜离子有较好的吸附性能，最大吸附能力可达57.20mg/g。
实施例五
以稻壳为原材料，清洗干净后烘干并粉碎，筛选得20-40目的稻壳粉末。然后以1g对应25ml 0.05M NaOH的比例混合搅拌40分钟，再用40目筛网过滤并用水清洗碱洗后的稻壳粉末，清洗过程重复数次直至清洗液澄清为止，80℃烘干。接下来，将上述得到的稻壳粉末以1g对应8ml 1M酒石酸溶液的比例混合，以1000r/min的速度搅拌一小时，把所得固液混合相放置于不锈钢方盘中，50℃鼓风干燥24小时后，升温到150℃，保温40分钟后冷却至室温。再次清洗所得反应物，直至清洗液澄清并呈中性，将所得湿润的改性稻壳粉末100℃烘干，冷却后即得酒石酸改性稻壳吸附剂。其对铅离子有较好的吸附性能，吸附能力可达165.76mg/g。

Claims (10)

1、一种改性植物纤维性廉价生物吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，称取纤维性废弃物原材料，水洗，干燥至恒重；
第二步，将第一步中材料粉碎筛选，筛选原材料粉末；
第三步，将第二步中筛选后的原材料粉末与去离水或碱溶液混合搅拌，再将混合相用晒网过滤得水洗或碱洗后的植物粉末，并用水充分清洗多次，直至清洗液澄清，再把清洗后的植物粉末干燥至恒重；
第四步，将第三步中所得碱洗或水洗后的材料与羧酸溶液混合，以搅拌后，将混合后的固液混合体进行鼓风干燥，然后升温发生热化学反应，保温后冷却至室温；
第五步，清洗热化学反应后的植物粉末，然后把润湿的粉末干燥至恒重，冷却后即得对应羧酸改性植物纤维性生物吸附剂。
2、根据权利要求1所述的改性植物纤维性廉价生物吸附剂的制备方法，其特征是，第一步中，所述的植物纤维性废弃物，指大豆杆、绿豆壳、玉米芯、稻壳、花生壳中的一种或者几种。
3、根据权利要求1所述的改性植物纤维性廉价生物吸附剂的制备方法，其特征是，第二步中，所述筛选原材料粉末，是指在10目-100目的粒径范围内选取植物粉末。
4、根据权利要求1所述的改性植物纤维性廉价生物吸附剂的制备方法，其特征是，第三步中，所述碱溶液的浓度在0.05M-0.1M范围内。
5、根据权利要求1所述的改性植物纤维性廉价生物吸附剂的制备方法，其特征是，第四步中，所述羧酸指柠檬酸、乳糖酸、苹果酸、琥珀酸、酒石酸中的一种。
6、根据权利要求1或5所述的改性植物纤维性廉价生物吸附剂的制备方法，其特征是，第四步中，所述羧酸的浓度在0.5M-1M范围内。
7、根据权利要求1或5所述的改性植物纤维性廉价生物吸附剂的制备方法，其特征是，第四步中，所述搅拌速度在500r/min-1000r/min范围内。
8、根据权利要求1或5所述的改性植物纤维性廉价生物吸附剂的制备方法，其特征是，第四步中，所述鼓风干燥的温度是50℃，时间是24小时。
9、根据权利要求1或5所述的改性植物纤维性廉价生物吸附剂的制备方法，其特征是，第四步中，所述保温时间为30分钟-120分钟。
10、根据权利要求1或5所述的改性植物纤维性廉价生物吸附剂的制备方法，其特征是，第四步中，所述升温的温度为80℃-160℃。
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