CN101306356A - 酸解制备生物质吸附剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种酸解制备生物质吸附剂。包括如下步骤：(1)干燥、粉碎废弃生物质，过筛20－100目；(2)将过筛后的废弃生物质投加到反应器，加入0.5－6.0mol/L的盐酸溶液，生物质的重量百分含量为1－10％；(3)于70－100℃温度下酸解1－12小时，处理后的产物经洗涤、过滤、烘干、粉碎、过筛20－100目，则制得生物质吸附剂；(4)制得的生物质吸附剂用于去除废水或饮用源水中的持久性有机污染物，处理后的生物质吸附剂在200－400℃和限氧条件下再生回用。本发明属于农副产品废物的二次资源化，其显著优点在于制备材料源自天然、储量丰富、无毒害作用，制备流程简单、成本低廉，吸附材料的净化效果显著，吸附处理后，易回收再生利用。
Description
技术领域
本发明涉及吸附剂，尤其涉及一种酸解制备生物质吸附剂。
背景技术
随着经济发展的同时，我国有机微污染(如PAHs、PCBs、芳香硝基化合物)日趋严重，其中痕量的有机污染物常具高生物积累性、“三致”效应，而且当前的处理技术难以有效去除此类有机污染物，对人群健康构成严重威胁。寻找经济高效、适合于有机污染处理的新型吸附剂已成为了环境科学与工程领域关注的焦点之一，其中涉及活性炭、有机黏土、三油酸甘油酯-活性炭复合吸附剂等，但对环境友好的生物吸附剂的开发和应用几乎没有。
生物吸附剂(biosorbent)最早被用来吸附废水中的重金属离子，所以传统定义为具有从重金属废液中吸附分离重金属能力的生物质及其衍生物。早期的生物吸附剂主要指微生物，如放线菌、酵母菌、霉菌以及藻类，后来拓展到动植物碎片等无生命的生物质。与其他吸附剂相比，生物吸附剂的原料取自于自然或者人类废弃的生物质，来源丰富，绿色环保，且具有成本低廉的优势，因此引起了国内外研究者的广泛关注。目前公开发表的生物吸附剂，绝大部分均用于吸附重金属。国内关于生物吸附剂的专利已公开19个，其中18个均用于重金属的吸附，1个用于吸附空气中的多环芳烃。随着研究的深入和技术的发展，生物吸附剂的应用范围逐渐被拓广，近来也被用于石油、染料、杀虫剂等难降解有机物的分离和富集。国外已有专利采用细菌和酵母作为生物吸附剂处理石油类污染水，使用松果等生物质处理染料废水等等。然而常规的生物吸附剂都没有经改性而直接使用，吸附处理效果有限，特别是处理有机污染物。
生物质包括农业生物质，如稻草、小麦秸、玉米秸、豆秸、油菜秸、棉花秸类植物秸秆。目前，我国每年产生6亿多吨农业秸秆，其中80％左右被废弃或燃烧，不仅浪费了大量能源，严重污染大气，危害人民群众健康，许多地区废弃的秸秆已成为一种公害，亟待解决。研究表明，只需要经过简单处理，生物质的吸附效果能显著提高，可开发成生物质吸附剂，用于处理废水中有机污染物，实现废弃物资源化，达到“以废治废”目标。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种酸解制备生物质吸附剂。
酸解制备生物质吸附剂的方法包括如下步骤：
1)干燥、粉碎废弃生物质，过筛20-100目；
2)将过筛生物质投加在0.5-6.0mol/L的盐酸溶液中酸解，其中生物质的重量百分含量为1-10％，酸解温度为70-100℃，酸解时间为1-12小时，经洗涤、过滤、烘干、粉碎、过筛20-100目，得到生物质吸附剂。
所述的生物质为废弃果皮、秸秆、稻壳、花生壳、松针、木屑、树皮、树木枯枝、玉米芯或废弃茶叶。
所述的酸解温度为80-95℃，酸解时间为4-8小时。
酸解制备生物质吸附剂用于吸附有机污染物。
所述的有机污染物为多环芳烃、多氯联苯、二噁英、有机氯农药、硝基化合物、苯系物或爆炸物。
酸解制备生物质吸附剂的使用方法是按照0.01-0.1％重量百分含量的比例投加上述生物质吸附剂至反应器中，搅拌30-120分钟，沉淀。
所述的废水处理后的生物质吸附剂经脱水、晾干后，于200-350℃和限制氧气下再生1-6小时。
本发明属于农副产品废物的二次资源化，其显著优点在于制备材料源自天然、储量丰富、无毒害作用，制备流程简单、成本低廉，吸附材料的净化效果显著，吸附处理后，易回收再生利用。
具体实施方式
本发明的原理为以非活体生物质为原料，通过酸性改性，去除其中极性组分如纤维素和半纤维素，暴露出强的吸附点位(芳香组分)和吸附相(脂肪组分)，提高生物质吸附剂的吸附性能，应用于高效吸附处理饮用水源或废水中的有机污染物。
实施例1
(1)干燥、粉碎秸杆废弃生物质，过筛20目；
(2)将100g过筛后的废弃生物质投加到反应器，加入1L的0.5mol/L盐酸溶液，于70℃温度下酸解1小时，处理后的产物经洗涤、过滤、烘干、粉碎、过筛20目，则制得生物质吸附剂SB-1。
实施例2
(1)干燥、粉碎秸杆废弃生物质，过筛100目；
(2)将100g过筛后的废弃生物质投加到反应器，加入10L的6.0mol/L盐酸溶液，于100℃温度下酸解6小时，处理后的产物经洗涤、过滤、烘干、粉碎、过筛100目，则制得生物质吸附剂SB-2。
实施例3
(1)干燥、粉碎秸杆废弃生物质，过筛50目；
(2)将100g过筛后的废弃生物质投加到反应器，加入4L的3.0mol/L盐酸溶液，于100℃温度下酸解12小时，处理后的产物经洗涤、过滤、烘干、粉碎、过筛50目，则制得生物质吸附剂SB-3。
实施例4
(1)干燥、粉碎果皮废弃生物质，过筛100目；
(2)将100g过筛后的废弃生物质投加到反应器，加入5L的6.0mol/L盐酸溶液，于100℃温度下酸解6小时，处理后的产物经洗涤、过滤、烘干、粉碎、过筛100目，则制得生物质吸附剂SB-4。
实施例5
(1)干燥、粉碎树皮废弃生物质，过筛100目；
(2)将100g过筛后的废弃生物质投加到反应器，加入5L的6.0mol/L盐酸溶液，于100℃温度下酸解6小时，处理后的产物经洗涤、过滤、烘干、粉碎、过筛100目，则制得生物质吸附剂SB-5。
实施例6
(1)干燥、粉碎松针废弃生物质，过筛100目；
(2)将100g过筛后的废弃生物质投加到反应器，加入5L的6.0mol/L盐酸溶液，于100℃温度下酸解6小时，处理后的产物经洗涤、过滤、烘干、粉碎、过筛100目，则制得生物质吸附剂SB-6。
实施例7
(1)干燥、粉碎茶叶废弃生物质，过筛100目；
(2)将100g过筛后的废弃生物质投加到反应器，加入5L的6.0mol/L盐酸溶液，于100℃温度下酸解6小时，处理后的产物经洗涤、过滤、烘干、粉碎、过筛100目，则制得生物质吸附剂SB-7。
实施例8
取2.5mg生物质吸附剂(如BS-1～BS-7)与10mL的菲溶液(土水比约为1∶4000)加入10mL的样品瓶中，25℃下振荡2小时。菲的浓度范围：0.001-1.0μg/mL。实验测得菲的去除率＞99％。
实施例9
取1mg生物质吸附剂(如BS-1～BS-7)与100mL的二恶英溶液(土水比为1∶100000)加入10mL的样品瓶中，25℃下振荡2小时，二恶英的去除率＞99％。
实施例10
取1mg生物质吸附剂(如BS-1～BS-7)与10mL的多氯联苯溶液(土水比为1∶10000)加入10mL的样品瓶中，25℃下振荡2小时，多氯联苯的去除率＞99％。
实施例11
取10mg生物质吸附剂(如BS-1～BCS-7)与10mL的硝基苯溶液(土水比为1∶1000)加入10mL的样品瓶中，25℃下振荡24小时(吸附达到平衡)。硝基苯的浓度范围：0-1600μg/mL。实验测得硝基苯的去除率大于95％。其中硝基苯的最高吸附量可达180mg/g。
实施例12
取废水处理后的吸附有PAHs的生物质吸附剂(如BS-1～BS-7)，经滤干后，于300℃和限制氧气条件下处理6小时，得到再生的生物质吸附剂，同时热分解被吸附的有机污染物；回收的生物质吸附剂重新用于有机废水处理，效果不降低。
实施例12
取废水处理后的吸附有PAHs的生物质吸附剂(如BS-1～BS-7)，经滤干后，于340℃和限制氧气条件下处理4小时，得到再生的生物质吸附剂，同时热分解被吸附的有机污染物；回收的生物质吸附剂重新用于有机废水处理，效果不降低。
实施例13
取废水处理后的吸附有硝基类芳香化合物的生物质吸附剂(如BS-1～BS-7)，经滤干后，于300℃和限制氧气条件下处理4小时，得到再生的生物质吸附剂，同时热分解被吸附的有机污染物；回收的生物质吸附剂重新用于有机废水处理，效果不降低。
实施例13
取废水处理后的吸附有PCBs的生物质吸附剂(如BS-1～BS-7)，经滤干后，于400℃和限制氧气条件下活化处理3小时，回收生物碳质吸附剂，同时热分解被吸附的有机污染物；回收后的生物碳质吸附剂重新用于有机废水处理，效果不降低。
Claims (7)
1.一种酸解生物质吸附剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1)干燥、粉碎废弃生物质，过筛20-100目；
2)将过筛生物质投加在0.5-6.0mol/L的盐酸溶液中酸解，其中生物质的重量百分含量为1-10％，酸解温度为70-100℃，酸解时间为1-12小时，经洗涤、过滤、烘干、粉碎、过筛20-100目，得到生物质吸附剂。
2.根据权利要求1所述的一种酸解生物质吸附剂的制备方法，其特征在于所述的生物质为废弃果皮、秸秆、稻壳、花生壳、松针、木屑、树皮、树木枯枝、玉米芯或废弃茶叶。
3.根据权利要求1所述的一种酸解生物质吸附剂的制备方法，其特征在于所述的酸解温度为80-95℃，酸解时间为4-8小时。
4.一种如权利要求1所述方法酸解制备生物质吸附剂的用途，其特征在于用于吸附有机污染物。
5.根据权利要求4所述的一种酸解制备生物质吸附剂的用途，其特征在于所述的有机污染物为多环芳烃、多氯联苯、二噁英、有机氯农药、硝基化合物、苯系物或爆炸物。
6.一种如权利要求1所述方法酸解制备生物质吸附剂的使用方法，其特征在于按照0.01-0.1％重量百分含量的比例投加上述生物质吸附剂至反应器中，搅拌30-120分钟，沉淀。
7.根据权利要求6所述的一种酸解制备生物质吸附剂的使用方法，其特征在于所述的废水处理后的生物质吸附剂经脱水、晾干后，于200-350℃和限制氧气下再生1-6小时。
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