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一种水草制备除砷吸附剂的方法，包括以下步骤：（1）将水草清洗、烘干和粉碎后浸泡于HCl中，烘干得水草原料；（2）将水草原料进行炭化和活化；（3）将活化后的产物冷却至室温后，浸泡到氯化铁溶液中；（4）用去离子水洗涤至洗脱液呈中性，烘干后粉碎，得到水草除砷吸附剂。本发明利用水草作为制备除砷吸附剂的原料，实现了废物利用，降低了生产成本，可再生利用，同时避免了产生二次污染，采用H3PO4活化法的特点是活化温度低，易对产生的孔隙结构进行调整，经氯化铁溶液浸泡后，缩短了吸附反应时间，同时提高了吸附容量，制备的吸附剂适用范围宽、对高浓度和低浓度的含砷废水都有很好的处理效果、成本低、吸附效果好、机械强度高。

Description

一种水草制备除砷吸附剂的方法
技术领域
本发明涉及一种用水草制备除砷吸附剂的方法，属于吸附剂制备技术领域。
背景技术
砷是一种类金属化学元素，无臭无味，但毒性很大。在对砷和含砷金属进行开采、冶炼的过程中，以及以砷或砷化合物为原料制作玻璃、药品或与其他金属形成合金等过程中，都会产生大量的含砷废水，对环境造成污染。砷和砷化物一般会通过水、大气和食物等途径进入人体，严重威胁人类的健康。
目前，传统的除砷方法有化学沉淀法、氧化还原法、蒸发浓缩法、电解法、离子交换树脂法等。然而，上述方法在实际应用中存在许多问题，如：投资大、运行成本高、操作管理麻烦、会产生二次污染，且不能很好地解决水资源再利用问题等等，而且在处理低浓度含砷废水时，需投加大量药剂，运行费用较高，去除率较低。生物吸附法因具有高效价廉、pH值和温度的适应范围宽、选择性好、对低浓度含砷废水处理效果好等优点，目前应用比较广泛。常用的吸附剂有活性氧化铝、活性炭等，但这些吸附剂普遍存在吸附容量低、机械强度差、成本高等问题，制约了生物吸附法的推广应用。为了推进生物吸附技术在水处理技术领域的应用，关键在于降低生产成本，寻找廉价的制备原料。  
生长在水中的草本植物，如蜈蚣草、虾子草、菹草、黄丝草等，这些水草除作为许多水生动物的栖身地和食物外，还能增加水中的含氧量。但生长在深水水库的水草会形成大型的密实浮垫，阻塞水力电厂的入水口。而密集生长的水草会阻挡光线穿透到水道，影响水生无脊椎动物族群的生长繁殖，阻碍原生植物生长，破坏水体的生态平衡。为了消除上述危害，通常是将过量的水草捞出置于河岸边，不采取其他处理措施，致使腐烂后的水草对环境造成危害。
发明内容
针对现有除砷吸附剂存在的制作成本高、吸附容量低等问题，本发明提供一种原料易得、制备成本低的水草制备除砷吸附剂的方法，可获得吸附容量高、吸附性能好、机械强度高的除砷吸附剂。
    本发明水草制备除砷吸附剂的方法，包括以下步骤：
（1）将水草清洗、烘干和粉碎后，浸泡于浓度0.1 mol/L的HCl中2小时，取出后用蒸馏水冲洗至洗脱液呈中性，烘干，过18目筛，得水草原料；
（2）将步骤（1）中所得的水草原料在马弗炉中进行炭化和活化：在350-500℃炭化20分钟-30分钟，然后按质量比1:1-1:3的浸渍比浸入质量浓度为40%-80%的磷酸中，浸渍时间为6小时-24小时，将浸渍后的水草原料从室温以100℃/分钟的升温速度在马弗炉中加热至温度350-550℃活化，活化时间为40分钟-80分钟；
（3）将活化后的产物冷却至室温后，按质量比1:1的比例浸泡到浓度为0.5-1mol/L的氯化铁溶液中12小时；
（4）用去离子水洗涤至洗脱液呈中性，烘干后粉碎过140目筛，得到水草除砷吸附剂。
优选的，步骤（2）中磷酸最佳质量浓度为50%。
优选的，步骤（2）中水草原料与磷酸的质量比为1:2，浸渍时间为12小时。
优选的，步骤（2）中的炭化温度为400℃，炭化时间为25分钟；活化温度为450℃，活化时间为60分钟；
本发明具有如下优点：
1.原料易得且制备方法简单
利用水草作为制备除砷吸附剂的原料，实现了废物利用，降低了生产成本，可再生利用，同时避免了产生二次污染。将水中过度繁殖的水草捕捞出，会使水中溶解氧含量升高，有利于保护水环境中生物链，具有重要的经济效益和环境效益。
2.采用H3PO4活化法的特点是活化温度低，易对产生的孔隙结构进行调整。进入原料内部的磷酸不仅作为催化剂来催化原料中大分子键的断裂，而且还通过缩聚和环化来参与键的交联，既加速了炭链键的断裂反应，同时抑制了焦油的产生。同时消耗的磷酸量在20%(每吨水草吸附剂的酸耗)以下，磷酸的低消耗不但大大降低生产成本，而且更重要的是实现了清洁生产，保护了环境。
3.经实验对比得出，吸附剂在氯化铁溶液中浸泡后，缩短了吸附反应时间，同时，吸附容量提高了20% 。
4.制备的吸附剂适用范围宽、对高浓度和低浓度的含砷废水都有很好的处理效果、成本低、吸附效果好、机械强度高。
 具体实施方式
实施例1
选用蜈蚣草作为原材料，将其清洗、烘干、粉碎后，浸泡于0.1mol/L的HCl中2小时，用蒸馏水冲洗至洗脱液呈中性，过18目筛，得粒径小于1mm的蜈蚣草原料。将所得原料在马弗炉中400℃下炭化30min后，与质量浓度为50%的磷酸混合，浸渍比为1:2，浸渍时间为12小时。浸渍后的蜈蚣草原料从常温以100℃/min的升温速度在马弗炉中加热，至活化温度400℃，活化时间为60min。冷却至室温后，按质量比1:1的比例浸泡到0.5mol/L的氯化铁溶液中12h后，用蒸馏水洗涤至洗脱液pH为7，烘干后粉碎、过140目筛，得粒径小于0.1mm的蜈蚣草除砷吸附剂。    
通过实验该蜈蚣草除砷吸附剂，对于1000mL、0.928mg/LAs3+溶液，pH=7.0, T=40℃, 材料密度0.4 g/L的试验条件下，在30min内达到吸附平衡，最大吸附量为1.80 mg/g。
实施例2 
选用蜈蚣草作为原材料，将其清洗、烘干、粉碎后，浸泡于0.1mol/L的HCl中2h，用蒸馏水冲洗至洗脱液呈中性，过18目筛，得粒径小于1mm的蜈蚣草原料，将其在450℃炭化20min后，与浓度为80%的磷酸混合，浸渍比为1:1，浸渍时间为6h。浸渍后的蜈蚣草原料从常温以100℃/min的升温速度在马弗炉中加热，至活化温度450℃，活化时间为60min。冷却至室温后，按质量比1:1的比例浸泡到0.7mol/L的氯化铁溶液中12h后，用去离子水洗涤至洗脱液pH为7，烘干后粉碎、过140目筛，得粒径小于0.1mm的蜈蚣草除砷吸附剂 。
通过实验该蜈蚣草除砷吸附剂，对于 1000mL、0.928mg/LAs3+溶液，pH=7.0, T=40℃, 材料密度0.4 g/L的试验条件下，在30min内达到吸附平衡，最大吸附量为1.65 mg/g。
实施例3 
选用菹草作为原材料，将其清洗、烘干、粉碎后，浸泡于0.1mol/L的HCl中2h，用蒸馏水冲洗至洗脱液呈中性，过18目筛，得粒径小于1mm的菹草原料，将其在500℃炭化20min后，与浓度为40%的磷酸混合，浸渍比为1:3，浸渍时间为24h。浸渍后的菹草原料从常温以100℃/min的升温速度在马弗炉中加热，至活化温度500℃，活化时间为50min。冷却至室温后，按质量比1:1的比例浸泡到0.6mol/L的氯化铁溶液中12h后，用去离子水洗涤至洗脱液pH为7，烘干后粉碎、过140目筛，得粒径小于0.1mm的菹草除砷吸附剂 。
通过实验该菹草除砷吸附剂，对于 1000mL、0.928mg/LAs3+溶液，pH=7.0, T=40℃, 材料密度0.4 g/L的试验条件下，在30min内达到吸附平衡，最大吸附量为1.72 mg/g。
实施例4 
选用菹草作为原材料，将其清洗、烘干、粉碎后，浸泡于0.1mol/L的HCl中2h，用蒸馏水冲洗至洗脱液呈中性，过18目筛，得粒径小于1mm的菹草原料，将其在350℃炭化30min后，与浓度为50%的磷酸混合，浸渍比为1:2，浸渍时间为12h。浸渍后的菹草原料从常温以100℃/min的升温速度在马弗炉中加热，至活化温度550℃，活化时间为40min。冷却至室温后，按质量比1:1的比例浸泡到0.8mol/L的氯化铁溶液中12h后，用去离子水洗涤至洗脱液pH为7，烘干后粉碎、过140目筛，得粒径小于0.1mm的菹草除砷吸附剂 。
通过实验得，对于 1000mL、0.928mg/LAs3+溶液，pH=7.0, T=40℃, 材料密度0.4g/L的试验条件下，在30min内达到吸附平衡，最大吸附量为1.75mg/g。
实施例5 
选用黄丝草作为原材料，将其清洗、烘干、粉碎后，浸泡于0.1mol/L的HCl中2h，用蒸馏水冲洗至洗脱液呈中性，过18目筛，得粒径小于1mm的黄丝草原料，将其在400℃炭化25min后，与浓度为50%的磷酸混合，浸渍比为1:2，浸渍时间为18h。浸渍后的黄丝草原料从常温以100℃/min的升温速度在马弗炉中加热，至活化温度350℃，活化时间为80min。冷却至室温后，按质量比1:1的比例浸泡到1mol/L的氯化铁溶液中12h后，用去离子水洗涤至洗脱液pH为7，烘干后粉碎、过140目筛，得粒径小于0.1mm的黄丝草除砷吸附剂。
通过实验该黄丝草除砷吸附剂，对于1000mL、0.928mg/LAs3+溶液，pH=7.0, T=40℃, 材料密度0.4 g/L的试验条件下，在30min内达到吸附平衡，最大吸附量为1.62mg/g。

Claims (4)

1.一种水草制备除砷吸附剂的方法，其特征是：包括以下步骤：
（1）将水草清洗、烘干和粉碎后，浸泡于浓度0.1 mol/L的HCl中2小时，取出后用蒸馏水冲洗至洗脱液呈中性，烘干，过18目筛，得水草原料；
（2）将步骤（1）中所得的水草原料在马弗炉中进行炭化和活化：在350-500℃炭化20分钟-30分钟，然后按质量比1:1-1:3的浸渍比浸入质量浓度为40%-80%的磷酸中，浸渍时间为6小时-24小时，将浸渍后的水草原料从室温以100℃/分钟的升温速度在马弗炉中加热至温度350-550℃活化，活化时间为40分钟-80分钟；
（3）将活化后的产物冷却至室温后，按质量比1:1的比例浸泡到浓度为0.5-1mol/L的氯化铁溶液中12小时；
（4）用去离子水洗涤至洗脱液呈中性，烘干后粉碎过140目筛，得到水草除砷吸附剂。
2.根据权利要求1所述的水草制备除砷吸附剂的方法，其特征是：所述步骤（2）中磷酸质量浓度为50%。
3.根据权利要求1所述的水草制备除砷吸附剂的方法，其特征是：所述步骤（2）中水草原料与磷酸的质量比为1:2，浸渍时间为12小时。
4.根据权利要求1所述的水草制备除砷吸附剂的方法，其特征是：所述步骤（2）中的炭化温度为400℃，炭化时间为25分钟；活化温度为450℃，活化时间为60分钟。
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