CN102294151B

CN102294151B - 生物质过滤材料

Info

Publication number: CN102294151B
Application number: CN 201110179164
Authority: CN
Inventors: 强光初
Original assignee: WUXI GUANGXU NEW MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: WUXI GUANGXU NEW MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-06-29
Filing date: 2011-06-29
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2031-06-29
Also published as: CN102294151A

Abstract

生物质过滤材料，包括以下步骤：（1）将植物废料经过机械粉碎，得到原料A；（2）将质量分数为64~66%的植物废料、4~7%的动物皮毛、8~11%的旧衣服、9~12%甲壳以及9~11%的废塑料进行蒸汽爆破处理，得到原料B；（3）将质量分数为50~60%的原料A、30~40%的原料B、2~4%的聚乙烯醇溶液、2~5%的废涂料混合物以及3~5%的壳聚糖混合，均匀搅拌，然后通过机械压制制造成过滤材料。本发明原材料绝大部分为废物再利用，来源广泛，成本低廉，制备工艺简单，可以有效的过滤水中的重金属。

Description

生物质过滤材料

技术领域

本发明涉及污水处理领域，具体的涉及一种用于过滤污水中的重金属的生物质过滤材料。

背景技术

国家环保局调查显示，我国水体重金属污染问题十分突出：江河湖库底质的污染率高达80.1%；2003年，黄河、淮河、松花江、辽河等十大流域的流域片重金属超标断面的污染程度均为超Ⅴ类；2004年太湖底泥总铜、总铅、总镉含量均处于轻度污染水平；城市河流35.11%的河段出现总汞超过地表Ⅲ类水体标准，18.46%的河段面总镉超过Ⅲ类水体标准，25%的河段有总铅的超标样本出现。

重金属不但危害人类安全、影响水生动植物的生长，而且在污水治理过程中，由于重金属的毒性能直接杀死生物细菌，所以如果不将污水中的重金属去除，将会直接影响后续水处理的生物降解环节。

传统的去除水中重金属离子的方法有：化学法，该法投加化学药剂易造成二次污染，增加运行费用；吸附法，该法利用活性炭吸附或腐植酸树脂、沸石等吸附，吸附剂需要量大，难以用于大规模的生产应用；反渗透法，该法费用较高，难以大量应用。申请号为CN201010533375.6的专利文献提供了一种去除饮用水中重金属离子的膜吸附剂及其制备方法，该法主要由聚合物、树脂、添加剂和溶剂组成，该法的缺点是聚合物、添加剂和溶剂全部为高分子有机物，不仅费用高，而且有机物有气味、有污染性，不符合环保生产的要求，另外，该法用的树脂每隔一段时间就要进行清洗，需要耗费额外的人力和能源。上述方法在处理效率、技术成本等方面日趋不能满足无机污染物深度处理的需要。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种生物质过滤材料，通过将植物废料、动物毛发、废皮革、甲壳等生物质原料与废塑料经过蒸汽爆破（气爆技术）处理，再添加合适的粘结剂制备而成。本发明原材料绝大部分为废物再利用，来源广泛，成本低廉，制备工艺简单，可以有效的过滤水中的重金属。

本发明的技术方案如下：

生物质过滤材料，包括以下制造步骤：（1）将植物废料经过机械粉碎，得到原料A；（2）将质量分数为64~66%的植物废料、4~7%的动物皮毛、8~11%的旧衣服、9~12%甲壳以及9~11%的废塑料进行蒸汽爆破处理，得到原料B；（3）将质量分数为50~60%的原料A、30~40%的原料B、2~4%的聚乙烯醇溶液、2~5%的废涂料混合物以及3~5%的壳聚糖混合，均匀搅拌，然后通过机械压制制造成过滤材料。

所述植物废料包括秸秆、果壳、茅草、芦苇、甘蔗渣、树叶、皇竹草、木屑的至少一种；

所述植物废料的含水量小于等于50%；

所述动物皮毛包括动物毛发、废皮革中的至少一种；

所述原料A的粒径为40~100目；

所述原料B的粒径为0.01~100微米；

所述壳聚糖的粘度为980~1300mPa.s；

所述聚乙烯醇溶液中的聚乙烯醇的浓度为质量分数为8~12%；

所述废涂料混合物包括质量分数为96~98%的废氨基树脂漆和2~4%的聚氨酯树脂粘结剂，其中废氨基树脂漆的含固量为48~52%；

所述聚氨酯树脂粘结剂是指双组份聚氨酯粘结剂的甲组分或者乙组分的其中一种。

本发明有益的技术效果在于：

1、本发明使用气爆技术来处理植物废料、动物皮毛、甲壳、旧衣服等生物质原料，有以下优点：

（1）生物质原料经过气爆以后降解为半纤维素、纤维素、木质素、糠醛、糖类等，这些成分是亲水性的，其中纤维素和木质素本身还具有输送水分的自然通道，这种亲水性和输水通道有利于过滤材料大量的吸附污水；

（2）气爆处理中，植物废料、动物皮毛、甲壳等生物材料中还产生了一定数量的活化碳酸钙，碳酸钙能很好的同重金属进行离子交换、吸附、螯合、凝聚；

（3）在气爆结束时，生物材料的体积突然膨胀，其中产生的多糖、糠醛从纤维的晶体状区释出，在高温、高压下形成天然的交联剂，有利于过滤材料压制成型。

2、本发明的生物质原料中含有旧衣服，一般旧衣服的纤维素含量可以达到95%，在制备的过滤材料中可以起到增加抗拉强度、弹性强度和柔韧性的作用；如果旧衣服是由蚕丝、动物皮毛、皮革类制备的，这些材料中含有大量的动物蛋白、骨胶等，在气爆处理的高温、高压条件下可以形成天然的交联剂，使制备的过滤材料的结合力和弹性更强。

3、本发明的生物质原料中含有甲壳，即节肢动物的外壳，甲壳中含有甲克素、壳聚糖、几丁质、碳酸钙等，气爆处理可以使甲壳中的这些成分直接分离出来，其中壳聚糖是重金属的良好的螯合剂、离子交换材料和吸附剂，其分子中的氨基和与氨基相邻的羟基能与许多金属离子（如Hg²⁺、Ni²⁺、Cu²⁺、Pb²⁺、Ca²⁺、Ag⁺等）形成稳定的螯合物。碳酸钙也能与污水中的重金属发生离子交换和吸附的作用。

4、本发明的原料中含有废塑料，如包装材料和塑料簿膜等，废塑料都是高分子产品，废塑料通过气爆处理可以直接粉碎融化成液态，高分子直接融入生物质原料里面，在对混合后的生物质原料进行加温、加热时，这些高分子可以作为交联剂和粘结剂，使生物质原料牢固结合在一起，并能增加制备的过滤材料的抗拉强度、折弯强度等。

5、本发明的原料中含有聚乙烯醇，添加聚乙烯醇有以下几个作用：

（1）聚乙烯醇是水溶性物质，掺杂到生物质原料里面以后，由于生物质原料本身具有亲水性特点，可以迅速吸附聚乙烯醇溶液内的水分，从而达到自干成膜的效果。

（2）在实际的污水处理过程中，仅仅依靠生物质材料来吸附水，还得不到较高的处理效率，而聚乙烯醇是强亲水物质，经过添加聚乙烯醇以后，水通过过滤材料的速率可以提高8~10倍，污水中的重金属可以快速的同过滤材料中的壳聚糖、活化碳酸钙、纤维素、半纤维素进行螯合、离子交换等反应，从而达到快速除去污水中重金属的目的。

（3）聚乙烯醇是带有正电荷的材料，能产生大量的正离子电荷，使污水中带有负离子的物质可以迅速电解沉淀。

6、本发明的原料中含有废涂料，即废氨基树脂漆，一般氨基树脂漆是单组份的，并且是一种挥发性涂料。废氨基树脂漆进入污水处理厂是采用水玻璃进行凝聚，但是凝聚以后没有破坏氨基树脂漆羟基的组织结构，这种组织结构与植物纤维、动物蛋白、骨胶、甲克素、壳聚糖、聚乙烯醇等都能相容结合；同时在废氨基树脂漆中添加一定质量的聚氨酯树脂粘结剂，是利用它的本身的粘度以及非亲水材料的流平特点，在生物质材料表面和内部构架的界面处进行交粘；废氨基树脂漆与聚氨酯树脂粘结剂混合后掺入生物质原料中，可以使压制成型的过滤材料不需要烘烤即能干燥，同时完成过滤材料内部结构的交联和凝聚过程。

7、本发明在主要利用生物质原料的同时，再加入一定量的高粘度壳聚糖，可加强过滤材料对金属离子的螯合作用。

具体实施方法

实施例1：

首先制备生物质过滤材料，包括以下步骤：（1）将植物废料经过机械粉碎，得到原料A；（2）将质量分数为66%的植物废料、6%的动物皮毛、8%的旧衣服、9%甲壳以及11%的废塑料进行蒸汽爆破处理，得到原料B；（3）将质量分数分别为50%的原料A、39%的原料B、4%的聚乙烯醇溶液、2%的废涂料混合物以及5%的壳聚糖混合，均匀搅拌，然后通过机械压制制造成过滤材料。

所述植物废料包括秸秆、果壳、茅草、树叶、皇竹草、木屑；

所述植物废料的含水量为50%；

所述动物皮毛包括鸡毛、鹅毛、鸭毛和废皮革；

所述原料A的粒径为40~100目；

所述原料B的粒径为0.01~100微米；

所述壳聚糖的粘度为980mPa.s；

所述聚乙烯醇溶液中的聚乙烯醇的浓度为质量分数为8%；

所述废涂料混合物包括质量分数为96%的废氨基树脂漆和4%的聚氨酯树脂粘结剂，其中废氨基树脂漆的含固量为52%；

所述聚氨酯树脂粘结剂是指双组份聚氨酯粘结剂的甲组分。

其中气爆处理的工艺条件为：在气爆装置内加入8Mpa蒸汽压和0.5Mpa压缩空气，进行气爆时间10分钟，维压5分钟，突然释放的时间为0.85秒。

将上述制备的生物质过滤材料经过机械压制成滤芯，压制压力为0.5 Mpa/cm²。按照常规方法测试：该滤芯的平均抗压强度为2.5Mpa、抗拉强度为0.5Mpa、抗折强度为1.2Mpa，本滤芯可以拦截污水中95%以上的重金属离子。

实施例2：

首先制备生物质过滤材料，包括以下步骤：（1）将植物废料经过机械粉碎，得到原料A；（2）将质量分数为64%的植物废料、4%的动物皮毛、11%的旧衣服、12%甲壳以及9%的废塑料进行蒸汽爆破处理，得到原料B；（3）将质量分数分别为60%的原料A、30%的原料B、2%的聚乙烯醇溶液、5%的废涂料混合物以及3%的壳聚糖混合，均匀搅拌，然后通过机械压制制造成过滤材料。

所述植物废料包括秸秆、果壳、芦苇、甘蔗渣、树叶、木屑；

所述植物废料的含水量为10%；

所述动物皮毛包括羊毛毡；

所述原料A的粒径为40~100目；

所述原料B的粒径为0.01~100微米；

所述壳聚糖的粘度为1200mPa.s；

所述聚乙烯醇溶液中的聚乙烯醇的浓度为质量分数为12%；

所述废涂料混合物包括质量分数为98%的废氨基树脂漆和2%的聚氨酯树脂粘结剂，其中废氨基树脂漆的含固量为48%；

所述聚氨酯树脂粘结剂是指双组份聚氨酯粘结剂的乙组分。

其中气爆处理的工艺条件为：在气爆装置内加入12Mpa蒸汽压和0.5Mpa压缩空气，进行气爆时间10分钟，维压5分钟，突然释放的时间为0.85秒。

将上述制备的生物质过滤材料经过机械压制成圆球形，用于气浮吸附过滤。按照常规方法测试：该滤球的平均抗压强度为2.5Mpa，本滤球可以拦截污水中95%以上的重金属离子。

Claims

1.生物质过滤材料，包括以下制造步骤：（1）将植物废料经过机械粉碎，得到原料A；（2）将质量分数为64~66%的植物废料、4~7%的动物皮毛、8~11%的旧衣服、9~12%甲壳以及9~11%的废塑料进行蒸汽爆破处理，得到原料B；（3）将质量分数为50~60%的原料A、30~40%的原料B、2~4%的聚乙烯醇溶液、2~5%的废涂料混合物以及3~5%的壳聚糖混合，均匀搅拌，然后通过机械压制制造成过滤材料；

2.根据权利要求1所述的生物质过滤材料，其特征在于所述植物废料包括秸秆、果壳、茅草、芦苇、甘蔗渣、树叶、皇竹草、木屑的至少一种。

3.根据权利要求1所述的生物质过滤材料，其特征在于所述植物废料的含水量小于等于50%。

4.根据权利要求1所述的生物质过滤材料，其特征在于所述动物皮毛包括动物毛发、废皮革中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的生物质过滤材料，其特征在于所述原料A的粒径为40~100目。

6.根据权利要求1所述的生物质过滤材料，其特征在于所述原料B的粒径为0.01~100微米。

7.根据权利要求1所述的生物质过滤材料，其特征在于所述壳聚糖的粘度为980~1300mPa.s。

8.根据权利要求1所述的生物质过滤材料，其特征在于所述聚乙烯醇溶液中的聚乙烯醇的浓度为质量分数为8~12%。