CN102784621A

CN102784621A - 基于改性稻壳的生物质吸附材料的制备方法

Info

Publication number: CN102784621A
Application number: CN2012103108076A
Authority: CN
Inventors: 张驰; 张忠庆; 帅闯; 杨瑞环; 赵玲玲; 陈继超
Original assignee: Southwest University of Science and Technology
Current assignee: Southwest Jiaotong University; Southwest University of Science and Technology
Priority date: 2012-08-29
Filing date: 2012-08-29
Publication date: 2012-11-21

Abstract

基于改性稻壳的生物质吸附材料的制备方法，它属于稻壳的化学改性技术领域。它的制备方法为：将2-5份稻壳加入到40-80份的一定浓度的碱性溶液中，在25-50℃条件下搅拌2-5小时，随后浸泡2-5天，抽滤，水洗至中性，烘干；把烘干的稻壳(2-5份)加入到80-200份蒸馏水中，通氮气保护，水浴加热到60-75℃，加入0.01％-0.1％的引发剂并搅拌分散10-30min，随后加入4-15份水溶性有机化合物；在60-80℃下氮气保护反应2-6小时，得到反应粗产物，然后用蒸馏水洗涤粗产物，除去反应产生的均聚物，在40-65℃下干燥8-24小时，即得到纯净的改性产物。本发明节约了生产成本，对环境无二次污染。

Description

基于改性稻壳的生物质吸附材料的制备方法

技术领域：

本发明属于稻壳的化学改性技术领域，具体涉及基于改性稻壳的生物质吸附材料的制备方法。

背景技术：

由于重金属在工业生产和科学研究中的重要作用，使得重金属的应用在今年来得到飞快的发展，重金属通常是指密度大于4mg·cm^-3的金属，包括金、银、铜、铅、锌、镍、钴、铬、汞、镉等大约45种。但是随之而来的重金属的污染给人们的生活带来巨大的损害，重金属污染指由重金属或其化合物造成的环境污染。主要由采矿、废气排放、污水灌溉和使用重金属制品等人为因素所致。因人类活动导致环境中的重金属含量增加，超出正常范围，并导致环境质量恶化，含重金属的“三废”被直接排入大气和水中，将会直接对生态环境和人类健康造成极大的威胁。

重金属具有富集性，很难在环境中降解。目前我国由于在重金属的开采、冶炼、加工过程中，造成不少重金属如铅、汞、镉、钴等进入大气、水、土壤，引起严重的环境污染。同时重金属具有生物富集性，它们不能被生物降解，如随废水排出的重金属，即使浓度小，也可在藻类和底泥中积累，被鱼和贝类体表吸附，产生食物链浓缩，从而造成公害。水体中金属有利或有害不仅取决于金属的种类、理化性质，而且还取决于金属的浓度及存在的价态和形态，即使有益的金属元素浓度超过某一数值也会有剧烈的毒性，使动植物中毒，甚至死亡。环境一旦被重金属污染，治理的难度很大，周期也很长，目前治理重金属污染的方法和技术还不够成熟，因此，重金属污染应以预防为主。需要从废水中去除或回收重金属离子的另一个原因，是因为某些重金属价格昂贵、具有工艺重要性或者具有战略意义，因而具有较高的回收利用价值。

目前国内外处理重金属废水的方法主要有化学沉淀、离子交换、电化学处理、反渗透、膜技术、电渗析等，这些方法在一定程度上取得了较好的效果，但都易造成二次污染，特别在处理低浓度重金属废水时，不仅去除率低，而且运行费用高。吸附法是一种回收废水中微量重金属的有效方法之一，具有适应范围广、处理效果好、可回收有用的重金属以及吸附材料可重复使用等优点。较常用的吸附剂有活性炭、磺化煤、硅藻土、焦炭和沸石等。其中活性炭应用较为广泛。活性炭是一种非极性吸附剂，可以同时吸附多种重金属离子，吸附容量大，但活性炭价格贵，使用寿命短，再生费用高。天然沸石和粘土的价格便宜，但对重金属离子的吸附容量低，一般小于10mg/g。

稻壳是一种来源广泛的农业废弃物，主要成分是纤维素、木质素和灰分，各占26％～36％、20％～24％、18％～20％，而蛋白质的含量仅为2.5％～3％，因此饲用价值不高，目前将稻壳还是主要作为燃料或者直接作为废物处理，综合利用率不足10％，远未得以充分使用。但是和其他农业废弃物相比，稻壳中含有14％～16％的SiO₂，并且以网络状分布其中，起着骨架的作用，木质素、纤维素等填充其中，当木质素等被部分降解后稻壳表面呈微孔状，SiO₂网络点暴露，使其成为很好的吸附剂，具有广泛的利用前景。

但是天然稻壳对重金属离子的吸附往往不能达到满意的效果，一般需要对天然稻壳进行改性，增加吸附金属离子能力强的活性基团，如羧基、羟基、酰胺基、磷酰基等，以提高其吸附能力。通过对稻壳的化学改性制得的吸附材料，使其增加了对吸附金属离子能力强的活性基团，进而具备对重金属离子废水中的微量组份的吸附能力。该材料在使用过程中可多次重复利用，可以节约生产成本，同时还可以对重金属进行回收利用，对环境无二次污染，该材料制备方法简单，仅通过简单的化学反应即可制得，可广泛用于机械制造业、化工、电镀业、核工业等所产生的重金属离子进行吸附和回收。并且该材料具有良好的吸水性能，在吸水性材料的制备方面存在一定的潜力。

发明内容：

本发明的目的是提供基于改性稻壳的生物质吸附材料的制备方法，它能使稻壳表面形成多孔状增大其比表面积，并且具有柔性的有机聚合物链，最终使得接枝改性后的稻壳具有对重金属离子更强的吸附性能，进而增强其对重金属离子废水中的微量组份的吸附能力。并且所得的改性产物可重复利用，节约了生产成本，对环境无二次污染，

为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用以下技术方案：它的制备方法为：1、将2-5份稻壳加入到40-80份的一定浓度的碱性溶液中，在25-50℃条件下搅拌2-5小时，随后浸泡2-5天，抽滤，水洗至中性，烘干。

2、把烘干的稻壳(2-5份)加入到80-200份蒸馏水中，通氮气保护，水浴加热到60-75℃，加入0.01％-0.1％的引发剂并搅拌分散10-30min，随后加入4-15份水溶性有机化合物。

3、在60-80℃下氮气保护反应2-6小时，得到反应粗产物，然后用蒸馏水反复洗涤粗产物，除去反应产生的均聚物，在40-65℃下干燥8-24小时，即得到纯净的改性产物。

所述的碱性溶液包括氢氧化钠、尿素、氢氧化钠+尿素。

所述的引发剂包括过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钾/亚硫酸钠、过氧化二苯甲酰。

所述的水溶性有机化合物包括丙烯酰胺、丙烯酸。

本发明具有以下有益效果：能使稻壳表面形成多孔状增大其比表面积，并且具有柔性的有机聚合物链，最终使得接枝改性后的稻壳具有对重金属离子更强的吸附性能，进而增强其对重金属离子废水中的微量组份的吸附能力。并且所得的改性产物可重复利用，节约了生产成本，对环境无二次污染。

具体实施方式：

实施例1：将2-5份稻壳加入到80份一定浓度的氢氧化钠溶液中，搅拌3小时后浸泡5天，然后水洗至中性，在45℃下干燥。取干燥的稻壳3份，加入到150份蒸馏水中，通氮气保护，并水浴加热到75℃，加入引发剂过硫酸铵0.05％并搅拌使其分散，之后加入13份丙烯酰胺，在氮气保护下反应3小时，得到的产物用蒸馏水反复洗涤，以除去副产物聚丙烯酰胺，之后过滤，在45℃下干燥，得到改性稻壳。

实施例2：将2-5份稻壳加入到80份一定浓度的尿素溶液中，搅拌3小时后浸泡3天，然后水洗至中性，在45℃下干燥。取干燥的稻壳5份，加入到250份蒸馏水中，通氮气保护，并水浴加热到80℃，加入引发剂过硫酸钾0.1％并搅拌使其分散，之后加入15份中和后的丙烯酸，在氮气保护下反应3.5小时，得到的产物用蒸馏水和甲醇反复洗涤(至少各三次)，以除去副产物，之后过滤，在45℃下干燥，得到改性稻壳。

实施例3：将2-5份稻壳加入到80份一定浓度的氢氧化钠/尿素溶液中，搅拌3小时后浸泡5天，然后水洗至中性，在45℃下干燥。取干燥的稻壳5份，加入到250份蒸馏水中，通氮气保护，并水浴加热到75℃，加入引发剂过硫酸铵0.05％并搅拌使其分散，之后加入15份丙烯酰胺，在氮气保护下反应3小时，得到的产物用蒸馏水反复洗涤，以除去副产物聚丙烯酰胺，之后过滤，在45℃下干燥，得到改性稻壳。

Claims

1.基于改性稻壳的生物质吸附材料的制备方法，其特征在于它的制备方法为：1、将2-5份稻壳加入到40-80份的一定浓度的碱性溶液中，在25-50℃条件下搅拌2-5小时，随后浸泡2-5天，抽滤，水洗至中性，烘干；

2、把烘干的稻壳(2-5份)加入到80-200份蒸馏水中，通氮气保护，水浴加热到60-75℃，加入0.01％-0.1％的引发剂并搅拌分散10-30min，随后加入4-15份水溶性有机化合物；

2.根据权利要求1所述的基于改性稻壳的生物质吸附材料的制备方法，其特征在于所述的碱性溶液包括氢氧化钠、尿素、氢氧化钠+尿素。

3.根据权利要求1所述的基于改性稻壳的生物质吸附材料的制备方法，其特征在于所述的引发剂包括过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钾/亚硫酸钠、过氧化二苯甲酰。

4.根据权利要求1所述的基于改性稻壳的生物质吸附材料的制备方法，其特征在于所述的水溶性有机化合物包括丙烯酰胺、丙烯酸。