发明内容
本发明的目的在于提供一种可有效除磷及脱氮、去油、吸附有机物等多功能的可完全降解的秸秆纤维素-聚羟基铝盐除磷吸附剂及其制造方法,其采用物理化学方法结合的生产工艺,不使用有机溶剂,加工工艺简单,节约成本,且制造过程不会对环境造成污染,具有更强的吸附性;使用后可以完全降解,不会造成二次污染。
为实现上述目的,采用下述技术方案:一种可完全降解的秸秆纤维素-聚羟基铝盐除磷吸附剂,包含下列原料:秸秆、1.0%HCl溶液、50%AlCl3溶液和用来调整盐基度的盐基度调整剂。
进一步而言,上述技术方案中,所述的秸秆包括:小麦、水稻、玉米、薯类、油料、棉花、甘蔗中的一种或几种。
进一步而言,上述技术方案中,所述的盐基度调整剂是CaCO3或铝粉。
进一步而言,上述技术方案中,所述的可完全降解的秸秆纤维素-聚羟基铝盐除磷吸附剂的制造方法,其工艺流程如下:
(1)前处理:将秸秆进行洗净、风干、切片、粉碎处理,制成粒径1mm以下的秸秆粉料。
(2)预处理:对秸秆粉料进行酸液-超声波处理,其方法包括:将1.0-1.5%HCl溶液喷洒在秸秆粉料上,搅拌溶解,然后转移到三口瓶中常温下搅拌水解15-20min,再升温搅拌100-120min,最后用超声波辅助搅拌40-50min;其中,固液体积比为1∶1,温度70-90℃,搅拌速度170-200r/min,超声波功率800-1200W。
(3)洗净:将预处理的料液冷却,然后用自来水清洗2遍后过滤。
(4)反应:将呈弱酸性的秸秆粉料与AlCl3按1∶3混合,再加入10-20mL 5%HCl溶液混合,充分搅拌后放置12h,然后加入一定比例的盐基度调整剂,将混合液放入微波炉中活化反应;其中,AlCl3质量分数为50%,微波功率460-640W,辐射时间10-20min,盐基度调剂为CaCO3或者铝粉。
(5)后处理:将微波活化的复合物煮沸30-40min,用自来水洗净,直至pH值接近7,然后对水洗后的复合物于90-120℃条件下进行热风干燥。
(6)成型:将干燥后的秸秆纤维素-聚羟基铝盐研磨过60目筛,即得成品。
进一步而言,上述技术方案中,预处理所用的酸液可用NaOH溶液代替。
本发明提供的植物秸秆-聚羟基铝盐的方法具有如下优点:
1、根据秸秆材料高分子链间通过氢键作用紧密结合,反应活性弱等特点,对其进行酸性条件下水解,有效地破坏分子链间相互作用;超声波可以强化酸处理效果,使酸液进入紧密的晶区,提高糖化速度。
2、本发明可完全降解的秸秆纤维素-聚羟基铝盐除磷吸附剂制造方法中,预处理后料液中的酸性不必中和,可用作微波活化反应前的酸浸渍,减少了酸液的浪费和污染。
3、本发明可完全降解的秸秆纤维素-聚羟基铝盐除磷吸附剂的制造工艺中,整个反应过程中未用到有机溶剂,工艺简单,节省成本,减少了加工过程溶剂对环境的污染;同时也使得成品更环保,被降解后无有机溶剂残留在土壤中,减少了二次污染的产生。
4、本发明可完全降解的秸秆纤维素-聚羟基铝盐除磷吸附剂不仅能除磷,还能吸附水中的悬浮物质:当植物秸秆-聚羟基铝盐洒入水中后,由于水中磷酸根对吸附剂的增聚作用,形成新的吸附剂,对水中的油污、有机物、重金属等也有絮凝作用。
5、本发明可完全降解的秸秆纤维素-聚羟基铝盐除磷吸附剂的原材料秸秆在利用完后则变为沉积物,由于富含磷元素,因此可用作土壤和植物基质或者堆肥,秸秆纤维素则可被微生物降解。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明。
一种可完全降解的秸秆纤维素-聚羟基铝盐除磷吸附剂,包含下列原料:秸秆、1.0%HCl溶液、50%AlCl3溶液、盐基度调整剂。具体而言:所述的秸秆由小麦、水稻、玉米、薯类、油料、棉花、甘蔗等中的一种或几种构成。所述的盐基度调整剂主要是CaCO3和铝粉,该盐基度调整剂是用来调整盐基度,其中,盐基度是描述氯化铝水溶液中与铝结合的羟基的数目的物理量。
实施例1:可完全降解的秸秆纤维素-聚羟基铝盐除磷吸附剂的制造方法,其工艺流程如下:
(1)前处理:将秸秆进行洗净、风干、切片、粉碎处理,制成粒径1mm以下的秸秆粉料。
(2)预处理:将1.0-1.5%HCl溶液喷洒在秸秆粉料上,搅拌溶解,然后转移到三口瓶中,于常温下搅拌水解15-20min,再升温搅拌100-120min,最后用超声波辅助升温搅拌40-50min。其中,固液体积比为1∶1,温度为70-90℃,搅拌速度为170-200r/min,超声波功率为800-1200W。
(3)洗净:将预处理的料液冷却,然后用自来水清洗2遍后过滤。
(4)反应:将呈弱酸性的秸秆粉料与50%AlCl3按1∶3混合,再加入10mL5%HCl混合,充分搅拌后放置12h,加入10g的铝粉作盐基度调整剂,将混合液放入微波炉中活化反应。其中,微波功率为640W,辐射时间为10min。
(5)后处理:将微波活化的复合物煮沸30min,用自来水洗净,直至pH值接近7,然后对水洗后的复合物于90-120℃条件下进行热风干燥。
(6)成型:将干燥后的秸秆纤维素-聚羟基铝复合物研磨,过60目筛,即得成品。本实施例中的可完全降解的秸秆纤维素-聚羟基铝盐除磷吸附剂对磷的去除率为80.6%,氨氮去除率为65%。
实施例2:可完全降解的秸秆纤维素-聚羟基铝盐除磷吸附剂的制造方法,其工艺流程如下:
(1)前处理:将秸秆进行洗净、风干、切片、粉碎处理,制成粒径1mm以下的秸秆粉料。
(2)预处理:将1.0-1.5%HCl溶液喷洒在秸秆粉料上,搅拌溶解,然后转移到三口瓶中,于常温下搅拌水解15-20min,再升温搅拌100-120min,最后用超声波辅助搅拌40-50min。其中,固液体积比为1∶1,温度为70-90℃,搅拌速度为170-200r/min,超声波功率为800-1200W。
(3)洗净:将预处理的料液冷却,然后用自来水清洗2遍后过滤。
(4)反应:将呈弱酸性的秸秆粉料与50%AlCl3按1∶3混合,再加入10mL5%HCl混合,充分搅拌后放置12h,加入20g的铝粉作盐基度调整剂,将混合液放入微波炉中活化反应。微波功率为640W,辐射时间为10min。
(5)后处理:将微波活化的复合物煮沸30min,用自来水洗净,直至pH值接近7,然后对水洗后的复合物于90-120℃条件下进行热风干燥。
(6)成型:将干燥后的秸秆纤维素-聚羟基铝复合物研磨,过60目筛,即得成品。本实施例中的可完全降解的秸秆纤维素-聚羟基铝盐除磷吸附剂与实施例1的不同之处在于:反应处理部分,加入20g的铝粉作为盐基度调整剂,所制造的吸附剂对磷的去除率为83%,氨氮的去除率为67.8%。
实施例3:可完全降解的秸秆纤维素-聚羟基铝盐除磷吸附剂的制造方法,其工艺流程如下:
(1)前处理:将秸秆进行洗净、风干、切片、粉碎处理,制成粒径1mm以下的秸秆粉料。
(2)预处理:将1.0-1.5%HCl溶液喷洒在秸秆粉料上,搅拌溶解,然后转移到三口瓶中常温下搅拌水解15-20min,再升温搅拌100-120min,最后用超声波辅助搅拌40-50min。固液体积比为1∶1,温度为70-90℃,搅拌速度为170-200r/min,超声波功率800-1200W。
(3)洗净:将预处理的料液冷却,然后用自来水清洗2遍后过滤。
(4)反应:将呈弱酸性的秸秆粉料与50%AlCl3按1∶3混合,再加入10mL5%HCl混合,充分搅拌后放置12h,加入10g CaCO3作盐基度调整剂,将混合液放入微波炉中活化反应。微波功率为640W,辐射时间为10min。
(5)后处理:将微波活化的复合物煮沸30min,用自来水洗净,直至pH值接近7,然后对水洗后的复合物于90-120℃条件下进行热风干燥。
(6)成型:将干燥后的秸秆纤维素-聚羟基铝复合物研磨,过60目筛,即得成品。本实施例中的可完全降解的秸秆纤维素-聚羟基铝盐除磷吸附剂与实施例1的不同之处在于:反应处理部分,改为加入10g CaCO3作盐基度调整剂,所制造的吸附剂对磷的去除率81.1%,对氨氮的去除率为65.9%。
实施例4:可完全降解的秸秆纤维素-聚羟基铝盐除磷吸附剂的制造方法,其工艺流程如下:
(1)前处理:将秸秆进行洗净、风干、切片、粉碎处理,制成粒径1mm以下的秸秆粉料。
(2)预处理:将1.0-1.5%HCl溶液喷洒在秸秆粉料上,搅拌溶解,然后转移到三口瓶中常温下搅拌水解15-20min,再升温搅拌100-120min,最后用超声波升温搅拌40-50min。固液体积比为1∶1,温度为70-90℃,搅拌速度为170-200r/min,超声波功率为800-1200W。
(3)洗净:将预处理的料液冷却,然后用自来水清洗2遍后过滤。
(4)反应:将呈弱酸性的秸秆粉料与50%AlCl3按1∶3混合,再加入5%HCl 10mL混合,充分搅拌后放置12h,加入20g CaCO3作盐基度调整剂,将混合液放入微波炉中活化反应。微波功率为640W,辐射时间为10min。
(5)后处理:将微波活化的复合物煮沸30min,用自来水洗净,直至pH值接近7,然后对水洗后的复合物于90-120℃条件下进行热风干燥。
(6)成型:将干燥后的秸秆纤维素-聚羟基铝复合物研磨,过60目筛,即得成品。本实施例中的可完全降解的秸秆纤维素-聚羟基铝盐除磷吸附剂与实施例1的不同之处在于:反应处理部分,改为加入20g CaCO3作盐基度调整剂,所制造的吸附剂对磷的去除率为82%,氨氮的去除率为67%。
上述实施例1-4中,预处理所用的酸液可用NaOH溶液代替,在碱液条件下,秸秆也会发生水解作用。因为预处理后清洗pH值接近7,所以在微波活化前需要用较大浓度的盐酸浸渍,浸渍时间随之延长。在制造过程中采用超声波辅助酸液预处理秸秆粉料,超声波加强了酸液对秸秆的水解作用,使酸液能进入紧密的晶区,超声波在水质中产生的机械作用及空化产生的微射流能可使大分子降解。
本发明可完全降解的秸秆纤维素-聚羟基铝盐除磷吸附剂亦可用来吸附水中悬浮物质。当吸附剂吸附水中的磷酸根后,吸附剂总体形态结构及分布产生了变化,产生的新一类高电荷的带磷酸根的多核中间络合物,对油、有机物、染料等污染物质有较强的絮凝作用。
当然,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并非来限制本发明实施范围,凡依本发明申请专利范围所述构造、特征及原理所做的等效变化或修饰,均应包括于本发明申请专利范围内。