CN103272566A - 利用香蕉皮制备氨氮吸附剂的方法及氨氮吸附剂的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用香蕉皮制备氨氮吸附剂的方法，该方法仅通过脱水—破碎—浸泡—洗涤，即制得氨氮吸附剂，与一般用果皮、果壳通过高温加热制取活性炭吸附剂的方法相比，本方法操作简单易行，无需加热，能耗低，产量高。本发明还提供由所述方法制得的氨氮吸附剂的应用。由本发明所述利用香蕉皮制备氨氮吸附剂的方法制取的氨氮吸附剂产品对氨氮含量为10～150mg/L的氨氮水溶液中的氨氮具有较好的吸附效果，且吸附达到平衡的时间短，吸附性能稳定，可用于含氮废水的吸附处理。与此同时，本发明方法还可以对香蕉皮实现资源化。

Description

利用香蕉皮制备氨氮吸附剂的方法及氨氮吸附剂的应用

技术领域

本发明属于环保领域中的水污染处理技术，特别是涉及一种利用香蕉皮制备氨氮吸附剂的方法及所制得的氨氮吸附剂在去除氨氮水溶液中氨氮的应用。

背景技术

近年来，我国的水体大多面临富营养化的威胁，究其原因，是因为N、P过量排放导致。所以，氨氮，作为一项严格控制的排放指标，是各污水处理厂和污水处理设施处理性能的重要参考指标。目前，对于氨氮的去除，主要有生物法和物理化学法，生物法主要应用于大型污水处理厂，是主流的处理方法，其对碳氮比要求较严格，不适用与处理有机物含量低而氮含量很高的污水。而物理化学法主要有氨吹脱和吸附法，氨吹脱法可用于处理含氮量很高的工业废水，其工艺控制较严格，能耗和成本相对较高。吸附法作为一种低能耗的的处理方法，其应用受到了吸附剂的限制。目前的吸附剂多采用沸石、活性炭、蛭石等，其吸附能力往往在进水氨氮浓度较高时，有较好的吸附能力，在进水氨氮浓度在150mg/L以下，传统吸附剂去除能力十分有限，且吸附达到平衡的时间较长，往往需要60min以上才能达到平衡，经济效益低。

香蕉皮作为固体废弃物，同时作为生物质，属于一种可再生的材料。香蕉皮获取成本相对较低，利用其制作吸附剂，是对其实现了资源化，符合循环经济的理念，具有较好的经济效益。传统的用果皮制取吸附剂的方法，均是将其在高温下碳化，制成活性炭，其能耗很高，而且因为高温碳化过程中，由于挥发和气化作用，其产量往往较低，制成的活性炭对氨氮的吸附能力也相当有限。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种利用香蕉皮制备氨氮吸附剂的方法。该方法仅通过脱水-破碎-浸泡-洗涤，即制得氨氮吸附剂，避免了高温加热，能耗远低于制作活性炭，且制作过程对材料的损耗极小，产量高。

本发明的再一目的是提供由所述利用香蕉皮制备氨氮吸附剂的方法制得的氨氮吸附剂的应用。

为实现上述目的，本发明采取如下措施：

本发明所述利用香蕉皮制备氨氮吸附剂的方法，包括如下步骤：收集成熟的香蕉皮，洗净，加热干化；将干化后的香蕉皮破碎至颗粒状；再将破碎至颗粒状的香蕉皮置于碱液改性剂中浸泡改性，并搅拌；然后过滤，取滤渣用无氨水洗涤，再过滤，重复洗涤至洗涤水接近无色；室温下干化即可。

在上述利用香蕉皮制备氨氮吸附剂的方法中，所述加热干化的温度为100～110℃。

在上述利用香蕉皮制备氨氮吸附剂的方法中，所述将干化后的香蕉皮破碎至20～60目的颗粒状。

在上述利用香蕉皮制备氨氮吸附剂的方法中，所述碱液改性剂为NaOH溶液，所述NaOH溶液的浓度为0.05～0.2mol/L。

在上述利用香蕉皮制备氨氮吸附剂的方法中，所述浸泡改性的时间为10～30分钟。

在上述利用香蕉皮制备氨氮吸附剂的方法中，所述浸泡改性中颗粒状的香蕉皮质量与碱液改性剂体积之比为1～4g︰10ml。

本发明所述的由所述利用香蕉皮制备氨氮吸附剂的方法制得的氨氮吸附剂的应用，具体方法为：将氨氮吸附剂与氨氮水溶液混合，搅拌，过滤，即可去除氨氮水溶液中的氨氮。

在上述由所述利用香蕉皮制备氨氮吸附剂的方法制得的氨氮吸附剂的应用中，所述氨氮吸附剂质量与氨氮水溶液体积之比为0.1～0.5g︰25ml；适宜处理的氨氮水溶液中氨氮含量为10～150mg/L。

在上述由所述利用香蕉皮制备氨氮吸附剂的方法制得的氨氮吸附剂的应用中，所述氨氮吸附剂的粒径为60～200目。

在上述由所述利用香蕉皮制备氨氮吸附剂的方法制得的氨氮吸附剂的应用中，所述搅拌温度为20～40℃；所述搅拌时间为15～25min；所述氨氮水溶液的初始pH范围为5～9。

本发明利用香蕉皮，仅通过脱水-破碎-浸泡-洗涤，即制得氨氮吸附剂，与一般用果皮、果壳通过高温加热制取活性炭吸附剂的方法相比，本方法操作简单易行，无需加热，能耗低，产量高。经试验表明，由本发明所述方法制取的氨氮吸附剂在进水氨氮含量为10～150mg/L范围内，对氨氮吸附能力高，吸附性能稳定，且吸附达到平衡的时间在25℃仅为15min，吸附时间短。本发明在污水处理，特别是低氨氮污水脱氮领域，具有较好的开发前景和经济效益。与此同时，本发明还对香蕉皮实现了资源化。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的发明内容作进一步的详细描述。应理解，本发明的实施例只用于说明本发明而非限制本发明，在不脱离本发明技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出的各种替换和变更，均应包括在本发明的范围内。

实施例1氨氮吸附剂的制备

收集成熟的香蕉皮，洗净，于100～110℃下加热干化，将干化后的香蕉皮破碎至20～60目的颗粒，再将破碎至颗粒状的香蕉皮置于0.05mol/L的NaOH溶液中浸泡改性20分钟，并伴随搅拌，其中香蕉皮质量与NaOH溶液体积之比为1g：10mL，然后过滤，取滤渣用无氨水洗涤，再过滤，重复洗涤至洗涤水接近无色，室温下干化即可，氨氮吸附剂的产率为12.71%；

或者收集成熟的香蕉皮，洗净，于100～110℃下加热干化，将干化后的香蕉皮破碎至20～60目的颗粒，再将破碎至颗粒状的香蕉皮置于0.1mol/L的NaOH溶液中浸泡改性30分钟，并伴随搅拌，其中香蕉皮质量与NaOH溶液体积之比为2g︰10mL，然后过滤，取滤渣用无氨水洗涤，再过滤，重复洗涤至洗涤水接近无色，室温下干化即可，氨氮吸附剂的产率为12.05%；

或者收集成熟的香蕉皮，洗净，于100～110℃下加热干化，将干化后的香蕉皮破碎至20～60目的颗粒，再将破碎至颗粒状的香蕉皮置于0.2mol/l的NaOH溶液中浸泡改性10分钟，并伴随搅拌，其中香蕉皮质量与NaOH溶液体积之比为1.5g︰10ml，然后过滤，取滤渣用无氨水洗涤，再过滤，重复洗涤至洗涤水接近无色，室温下干化即可，氨氮吸附剂的产率为12.51%；

或者收集成熟的香蕉皮，洗净，于100～110℃下加热干化，将干化后的香蕉皮破碎至20～60目的颗粒，再将破碎至颗粒状的香蕉皮置于0.2mol/l的NaOH溶液中浸泡改性20分钟，并伴随搅拌，其中香蕉皮质量与NaOH溶液体积之比为4g︰10ml，然后过滤，取滤渣用无氨水洗涤，再过滤，重复洗涤至洗涤水接近无色，室温下干化即可，氨氮吸附剂的产率为10.32%；

又或者收集成熟的香蕉皮，洗净，于100～110℃下加热干化，将干化后的香蕉皮破碎至20～60目的颗粒，再将破碎至颗粒状的香蕉皮置于0.15mol/L的NaOH溶液中浸泡改性30分钟，并伴随搅拌，其中香蕉皮质量与NaOH溶液体积之比为3g︰10mL，然后过滤，取滤渣用无氨水洗涤，再过滤，重复洗涤至洗涤水接近无色，室温下干化即可，氨氮吸附剂的产率为11.17%。

实施例2氨氮吸附剂粒径对吸附剂吸附性能的影响

将实施例1制备的氨氮吸附剂破碎成粒径为60～80目；随后取0.1g吸附剂投入到25mL含氨氮为10mg/L的氨氮水溶液中；在20℃下，用0.1mol/L的NaOH溶液调节氨氮水溶液的pH为7，搅拌15min，此时氨氮去除率为64.13%。同样条件下，改变吸附剂粒径分别为100～120目、140～160目、180～200目，所得氨氮的去除率分别为64.54%、64.98%、65.17%。

由此可知，在吸附剂的粒径为60～200目内，氨氮去除率因吸附剂粒径的减小略有升高，但升高幅度不明显。

实施例3氨氮吸附剂用量对吸附剂吸附性能的影响

将实施例1制备的氨氮吸附剂破碎成粒径为100～120目；随后取0.1g吸附剂投入到25mL含氨氮为20mg/L的氨氮水溶液中；在20℃下，用0.1mol/L的NaOH溶液调节氨氮水溶液的pH为7，搅拌15min，此时氨氮去除率为56.85%。同样条件下，改变吸附剂的投加量分别为0.2g、0.3g、0.4g、0.5g，所得氨氮的去除率分别为71.33%、76.75%、78.24%、79.11%。

由此可知，在吸附剂质量与氨氮水溶液体积之比为0.1～0.5g︰25mL范围内，氨氮去除率随吸附剂质量与氨氮水溶液体积比的增大而增大，当吸附剂质量与氨氮水溶液体积比超过0.4g︰25mL时，继续增大吸附剂投加量，氨氮去除率增加幅度不明显。

实施例4氨氮水溶液中氨氮含量对吸附剂吸附性能的影响

将实施例1制备的氨氮吸附剂破碎成粒径为60～80目；随后取0.1g吸附剂投入到25ml含氨氮为10mg/L的氨氮水溶液中；在20℃下，用0.1mol/L的NaOH溶液调节氨氮水溶液的pH为7，搅拌20min，此时氨氮去除率为64.39%。同样条件下，改变氨氮水溶液中氨氮含量分别为40mg/L、80mg/L、120mg/L、150mg/L，所得氨氮的去除率分别为49.32%、35.19%、28.56%、20.51%。

由此可知，本发明制备的氨氮吸附剂可以处理氨氮含量为10～150mg/L的氨氮水溶液，当处理氨氮水溶液中氨氮含量为150mg/L时，吸附剂吸附已基本达到饱和。

实施例5温度对氨氮吸附剂吸附性能的影响

将实施例1制备的氨氮吸附剂破碎成粒径为60～80目；随后取0.1g吸附剂投入到25mL含氨氮为40mg/L的氨氮水溶液中；在20℃下，用0.1mol/L的NaOH溶液调节氨氮水溶液的pH为7，搅拌15min，此时氨氮去除率为48.56%。同样条件下，改变温度分别为30℃、40℃，所得氨氮的去除率分别为47.15%、45.47%。

由此可知，在温度为20～40℃范围内，氨氮去除率因温度的升高略有降低，但降低幅度不明显。

实施例6pH对氨氮吸附剂吸附性能的影响

将实施例1制备的氨氮吸附剂破碎成粒径为80～100目；随后取0.1g吸附剂投入到25mL含氨氮为80mg/L的氨氮水溶液中；在20℃下，用0.1mol/L的盐酸调节氨氮水溶液的pH为4，搅拌15min，此时氨氮去除率为18.29%。同样条件下，用0.1mol/L盐酸和0.1mol/L NaOH溶液调节氨氮水溶液的pH分别为5、6、7、8、9，10，所得氨氮的去除率分别为25.66%、33.10%、35.08%、35.73%、28.59%、19.07%。

由此可知，在氨氮水溶液pH为低于6时，提高pH值，氨氮去除率明显提高，继续增大pH值，氨氮去除率提高不明显；当氨氮水溶液的pH值提高到9时，氨氮去除率随pH的升高明显下降；实验表明本发明吸附剂适宜处理pH范围为5～9的氨氮水溶液。

实施例7时间对氨氮吸附剂吸附性能的影响

将实施例1制备的氨氮吸附剂破碎成粒径为100～120目；随后取0.1g吸附剂投入到25mL含氨氮为150mg/L的氨氮水溶液中；在25℃下，用0.1mol/L的NaOH溶液调节氨氮水溶液的pH为7，搅拌10min，此时氨氮去除率为18.44%。同样条件下，改变搅拌时间分别为15min、20min、25min，所得氨氮的去除率分别为26.17%、26.18%、26.04%。

由此可知，在搅拌时间为10～25min范围内，搅拌15min条件下的氨氮去除率明显高于搅拌10min条件下的氨氮去除率，随后随搅拌时间的延长氨氮去除率变化不大，即在25℃下，本发明吸附剂吸附达到平衡的时间仅为15min。

以上结果表明，利用本发明方法制取的氨氮吸附剂可处理含氨氮为10～150mg/L的氨氮水溶液，吸附达到平衡的时间短，且对氨氮的吸附性能良好，吸附性能稳定。

Claims (10)

1.一种利用香蕉皮制备氨氮吸附剂的方法，其特征在于，包括如下步骤：收集成熟的香蕉皮，洗净，加热干化；将干化后的香蕉皮破碎至颗粒状；再将破碎至颗粒状的香蕉皮置于碱液改性剂中浸泡改性，并搅拌；然后过滤，取滤渣用无氨水洗涤，再过滤，重复洗涤至洗涤水接近无色；室温下干化即可。

2.根据权利要求1所述的一种利用香蕉皮制备氨氮吸附剂的方法，其特征在于：所述加热干化的温度为100～110℃。

3.根据权利要求1所述的一种利用香蕉皮制备氨氮吸附剂的方法，其特征在于：将干化后的香蕉皮破碎至20～60目的颗粒状。

4.根据权利要求1所述的一种利用香蕉皮制备氨氮吸附剂的方法，其特征在于：所述碱液改性剂为NaOH溶液，所述NaOH溶液的浓度为0.05～0.2mol/L。

5.根据权利要求1所述的一种利用香蕉皮制备氨氮吸附剂的方法，其特征在于：所述浸泡改性的时间为10～30分钟。

6.根据权利要求1所述的一种利用香蕉皮制备氨氮吸附剂的方法，其特征在于：所述浸泡改性中颗粒状的香蕉皮质量与碱液改性剂体积之比为1～4g︰10ml。

7.一种由如权利要求1～6任一项所述方法制得的氨氮吸附剂的应用，其特征在于：将氨氮吸附剂与氨氮水溶液混合，搅拌，过滤，即可去除氨氮水溶液中的氨氮。

8.根据权利要求7所述的氨氮吸附剂的应用，其特征在于：氨氮吸附剂质量与氨氮水溶液体积之比为0.1～0.5g︰25ml；所述氨氮水溶液中氨氮含量为10～150mg/L。

9.根据权利要求7所述的氨氮吸附剂的应用，其特征在于：所述氨氮吸附剂的粒径为60～200目。

10.根据权利要求7所述的氨氮吸附剂的应用，其特征在于：所述搅拌温度为20～40℃；所述搅拌时间为15～25min；所述氨氮水溶液的初始pH范围为5～9。