CN102557181B - 一种利用大蒜废弃物吸附清除废水中重金属及染料的方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用大蒜废弃物吸附清除废水中重金属及染料的方法，具体为：取一定量大蒜废弃物，进行水洗，水洗后的大蒜废弃物与碱、水按照1：0.05-0.2：0.5-2的质量比例进行搅拌混合反应，搅拌12-24小时，过滤，得到固体产物，将以上固体产物用水洗直至中性、送入真空烘箱在60-120oC干燥，打碎、筛分，40目以下颗粒收集即为吸附剂，配制浓度0.1-10mmol/l的重金属离子或染料分子的水溶液，加入与水溶液的体积比为0.5-10g/l的吸附剂，室温下振荡0.5-24小时，吸附剂可充分吸附水溶液中的重金属离子或染料分子。本发明的有益效果是：设计合理，操作简单，效果显著，且处理成本大幅度降低，仅相当于传统处理方法成本的10-15%，处理周期也大为缩短，且吸附处理后不会引起二次污染、操作简单，易于推广。
Description
技术领域
本发明涉及一种大蒜废弃物吸附剂材料的制备方法，用于水中重金属离子及染料分子的深度净化。
背景技术
近年来，重金属及染料废水引起的环境污染问题日益威胁着人们的生命健康和生活安全。传统的净化处理办法，如沉淀、絮凝等虽然操作简单，但是往往需要消耗大量化学试剂、净化后又会产生含有毒重金属或染料成分的二次废渣以及对于ppm级极稀浓度的废水净化效果欠佳等缺点；活性炭吸附或离子交换树脂净化，则存在成本高、容易失效的缺点；膜分离、电渗析等方法净化效果虽然好，但是操作复杂、设备投资大等缺点。而利用生物质废弃物为原料，制备合成出吸附剂材料，用于废水中重金属或染料分子的净化，具有成本低廉、净化效果好、环境友好的特点。本发明拟采用大蒜废弃物来做原料，制备可以实现以上净化功能的吸附剂材料。
我国是大蒜生产大国，年产量上1100万吨，约占全球总产量75%以上（丁雄.对我国大蒜产销的调查与思考.长江蔬菜，2007，10:1-3.），同时每年产生大量的废弃物，包括大蒜茎、大蒜皮、大蒜叶以及提取精油后的大蒜渣等。大量的大蒜废弃物至今未能得到很好的开发利用，目前有将其用于提取大蒜多糖的（陈雄.从制备大蒜精油的废弃物中提取大蒜多糖的研究.食品工业科技，2007,28（1）：117-119.），或综合提取其中多种有益成分的（魏金凤,曾小兰,王予东,陈永飞.大蒜精油提取后废弃物综合利用的研究.信阳师范学院学报，2002,15（1）：95-97.），但是提取后还是产生大量的固体废弃物得不到恰当的利用，往往堆弃了事，既占地方，又浪费了资源，腐烂散发出的臭味还污染空气。因此，如何合理有效地实现大蒜废弃物的高值化开发利用迫在眉睫。
本发明的目的就是提供一种有效的改性方法，将大蒜废弃物用来制作成吸附剂材料，用于废水中重金属离子及染料分子的吸附净化，既可从治理环境污染问题，又可拓展大蒜废弃物的应用范围，使其变废为宝，给大蒜产业带来新的价值增长点。
发明内容
本发明是将大蒜废弃物，包括大蒜茎、大蒜皮、大蒜叶以及提取精油后的大蒜渣等，经过水洗、碱浸（或盐浸）、洗涤、真空低温干燥、破碎、分级等若干级工序后制备而成吸附剂材料。该方法制备而成的吸附剂材料，按照一定比率与重金属水溶液或染料水溶液接触，即可发生吸附作用，过滤之后即可实现水溶液中有毒重金属或染料分子的清除。该方法操作简单，处理周期短，无二次污染且处理成本低。
以上所述利用大蒜废弃物清除水溶液中重金属离子或染料分子的方法，具体包括工艺步骤：
1）取一定量蒜茎、大蒜皮、大蒜叶以及提取精油后的大蒜废弃物，进行水洗，备用；
2）将水洗后的大蒜废弃物与碱、水按照1：0.05-0.2：0.5-2的质量比例进行搅拌混合反应，搅拌12-24小时，过滤，得到固体产物，其中，所述碱为锂、钠、钾、钙、镁的氧化物、氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸铵、碳酸氢铵、尿素、氨水中的一种或二种以上混合；
3）将以上固体产物用水洗直至中性、送入真空烘箱，在温度为60-120oC干燥，将烘干物打碎、筛分，40目以下颗粒收集即可作为吸附剂，备用；
4）配制浓度0.1-10mmol/l的重金属离子或染料分子的水溶液，然后在所述溶液中加入步骤3制备得到吸附剂材料，加入吸附剂重量与以上配制的重金属离子溶液或染料分子溶液的体积比为0.5-10g/l，室温下振荡0.5-24小时，吸附剂可充分吸附水溶液中的重金属离子或染料分子，其中，所述重金属离子包括铅、镉、锌、铜和铁；所述染料分子包括亚甲基蓝或刚果红。
进一步，所述步骤2中还可加入金属可溶性盐，加入比例按照大蒜废弃物：金属可溶性盐为1：0.05-0.2的质量比进行混合，并搅拌反应0.5-24小时，其中所述金属可溶性盐为锂、钠、钾、镁、钙的氯化物、硫酸盐、硝酸盐。
本发明的有益效果是：采用上述设计的利用大蒜废弃物清除水中的重金属离子或染料分子的方法，设计合理，操作简单，效果显著。本发明与现有使用的技术相比，处理成本大幅度降低，仅相当于传统处理方法成本的10-15%，处理周期也大为缩短，仅需要经过10分钟以上的充分的接触就能将水溶液中的重金属离子或染料分子清除干净，且吸附处理后不会引起二次污染、操作简单，易于推广。
附图说明
图1为大蒜废弃物经过氢氧化钙与氢氧化钠混合碱溶液搅拌浸泡处理24小时后制备而成的吸附剂对铅、镉、锌、铜、铁重金属离子的吸附量与溶液金属离子浓度之间的关系图。
图2为大蒜废弃物经过氢氧化钙碱溶液搅拌浸泡处理24小时后制备而成的吸附剂的吸附量与溶液中刚果红分子浓度之间的关系图。
图3为大蒜废弃物经过氢氧化钙碱溶液搅拌浸泡处理24小时后制备而成的吸附剂的吸附量与溶液中亚甲基蓝分子浓度之间的关系图。
具体实施方式
以下结合具体实施例子来进一步说明本发明。
实施例1：取100克大蒜废弃物，剪碎成不超过1cm长短的尺寸，加水100毫升，加氢氧化钙5克和5克氢氧化钠，大力搅拌12小时，使混合溶液的pH值保持在12，过滤，用水洗涤滤饼直至中性，然后送入真空烘箱中，在温度为60oC烘干；将烘干物打碎、筛分，40目以下颗粒收集即可作为吸附剂。配制浓度在2mmol/l浓度的重金属离子溶液，与吸附剂颗粒按1.6g/l的比例混合，振荡于室温下12小时后，将吸附剂颗粒过滤去除，滤液及吸附前溶液一起送金属离子浓度分析检测，分析检测仪器可采用火焰原子吸收分光光度计。吸附量等于单位质量的吸附剂颗粒所吸附金属离子的质量或摩尔量，吸附实验结果如图1、图2、图3所示。从图1中可见，本发明所制大蒜渣吸附剂对重金属离子具有可观的吸附容量，尤其对三价铁、铅的吸附容量高，可与市售的离子交换树脂的容量相比，而对铜、镉、锌的吸附容量偏小，但是考虑到大蒜渣做原料来制备吸附剂的成本极低，制备方法简单，因此用于重金属离子的吸附净化仍具有很好的应用前景。
实施例2：
取100克大蒜废弃物，剪碎成不超过1cm长短的尺寸，加水100毫升，加氧化钙10克和加入5克氢氧化钠，使混合溶液的pH值保持在12.5，搅拌14小时后，过滤，用水洗涤滤饼直至中性，然后送入真空烘箱中，在温度为70oC烘干；将烘干物打碎、筛分，40目以下颗粒收集即可作为吸附剂。配制浓度在2mmol/l浓度的刚果红溶液，与吸附剂颗粒按3.2g/l的比例混合，振荡于室温下24小时后，将吸附剂颗粒过滤去除，滤液及吸附前溶液一起送刚果红分子浓度分析检测，分析检测仪器可采用紫外可见分光光度计。吸附量等于单位质量的吸附剂颗粒所吸附染料的质量或摩尔量，吸附实验结果如图2所示。从图2可见，经过本发明改性处理过的大蒜渣与未经过改性处理过的大蒜渣，对刚果红染料分子的吸附效率截然不同，经过改性处理过后的大蒜渣对刚果红的吸附效率显著得到提高，可达到未处理过的大蒜渣吸附量的10倍以上，充分体现了本发明的方法给大蒜渣吸附性能带来的改进效果。
实施例3：取100克大蒜废弃物，剪碎成不超过1cm长短的尺寸，加水90毫升，加氧化镁10克，加入5克氢氧化钙，使混合溶液的pH值保持在12，搅拌16小时后，过滤，用水洗涤滤饼直至中性，然后送入真空烘箱中，在温度为80oC烘干；将烘干物打碎、筛分，40目以下颗粒收集即可作为吸附剂。配制浓度在2mmol/l浓度的亚甲基蓝溶液，与吸附剂颗粒按4.8g/l的比例混合，振荡于室温下18小时后，将吸附剂颗粒过滤去除，滤液及吸附前溶液一起送刚果红分子浓度分析检测，分析检测仪器可采用紫外可见分光光度计。吸附量等于单位质量的吸附剂颗粒所吸附染料的质量或摩尔量，吸附实验结果如图3所示。从图3可见，本发明的大蒜渣改性吸附剂对亚甲基蓝的吸附容量可达到1.40摩尔每公斤吸附剂，与公开文献报道的同类结果比较，具有相当高的吸附容量值。
实施例4：
取100克大蒜废弃物，剪碎成不超过1cm长短的尺寸，加水80毫升，加氢氧化钙10克，加入5克碳酸钠，使溶液的pH值保持在12.5，搅拌18小时后，过滤，用水洗涤滤饼直至中性，然后送入真空烘箱中于80oC烘干；将烘干物打碎、筛分，40目以下颗粒收集即可作为吸附剂。配制浓度在5 mmol/l浓度的重金属离子溶液，与以上吸附剂颗粒按6g/l的比例混合，振荡于室温下24小时后，将吸附剂颗粒过滤去除，滤液及吸附前溶液一起送金属离子或染料分子浓度分析检测，分析检测仪器可采用火焰原子吸收分光光度计或紫外可见分光光度计。吸附量等于单位质量的吸附剂颗粒所吸附金属离子或染料分子的质量或摩尔量，吸附实验结果与实施例1结果类似。
实施例5：取100克大蒜废弃物，剪碎成不超过1cm长短的尺寸，加水50毫升，加氢氧化钙5克，加入10ml浓氨水，使溶液的pH值尽量保持在11，搅拌20小时后，过滤，用水洗涤滤饼直至中性，然后送入真空烘箱中于100oC烘干；将烘干物打碎、筛分，40目以下颗粒收集即可作为吸附剂。配制浓度在5 mmol/l浓度刚果红染料溶液，与以上吸附剂颗粒按1.7g/l的比例混合，振荡于室温下0.5小时后，将吸附剂颗粒过滤去除，滤液及吸附前溶液一起送染料分子浓度分析检测，分析检测仪器可采用紫外可见分光光度计。吸附量等于单位质量的吸附剂颗粒所吸附染料分子的质量或摩尔量，吸附实验结果与实施例2结果类似。
实施例6：取100克大蒜废弃物，剪碎成不超过1cm长短的尺寸，加水100毫升，加氧化镁5克，加入5克氢氧化钠及5克氯化钙，使溶液的pH值保持在12，继续保持搅拌15小时后，过滤，用水洗涤滤饼直至中性，然后送入真空烘箱中于120oC烘干；将烘干物打碎、筛分，40目以下颗粒收集即可作为吸附剂。配制浓度在6 mmol/l浓度的重金属离子溶液，与以上吸附剂颗粒按10g/l的比例混合，振荡于室温下5小时后，将吸附剂颗粒过滤去除，滤液及吸附前溶液一起送金属离子浓度分析检测，分析检测仪器可采用火焰原子吸收分光光度计或紫外可见分光光度计。吸附量等于单位质量的吸附剂颗粒所吸附金属离子或染料分子的质量或摩尔量，吸附实验结果与实施例1结果类似。
Claims (2)
1. 一种利用大蒜废弃物吸附清除废水中重金属或染料的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
1）取一定量大蒜茎、大蒜皮、大蒜叶以及提取精油后的大蒜渣即大蒜废弃物，进行水洗，备用；
2）将水洗后的大蒜废弃物与碱、水按照1：0.05-0.2：0.5-2的质量比例进行搅拌混合反应，搅拌12-24小时，过滤，得到固体产物，其中，所述碱为锂、钠、钾、钙、镁的氧化物、氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸铵、碳酸氢铵、尿素、氨水中的一种或二种以上混合；
3）将以上固体产物用水洗直至中性、送入真空烘箱，在温度为60-120℃干燥，将烘干物打碎、筛分，40目以下颗粒收集即可作为吸附剂，备用；
4）配制浓度0.1-10mmol/l的重金属离子或染料分子的水溶液，然后在所述溶液中加入步骤3制备得到吸附剂材料，加入吸附剂重量与以上配制的重金属离子溶液或染料分子溶液的体积比为0.5-10g/l，室温下振荡0.5-24小时，吸附剂可充分吸附水溶液中的重金属离子或染料分子，其中，所述重金属离子包括铅、镉、锌、铜和铁；所述染料分子包括亚甲基蓝或刚果红。
2.根据权利要求1所述的利用大蒜废弃物吸附清除废水中重金属或染料的方法，其特征在于，所述步骤2中加入金属可溶性盐，加入比例按照大蒜废弃物：金属可溶性盐为1：0.05-0.2的质量比进行混合，并搅拌反应0.5-24小时，其中所述金属可溶性盐为锂、钠、钾、镁、钙的氯化物、硝酸盐和锂、钠、钾、镁的硫酸盐。
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