CN103551120B - 向日葵茎髓/坡缕石黏土复合吸附材料的制备方法 - Google Patents

向日葵茎髓/坡缕石黏土复合吸附材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于复合材料领域,提供了一种向日葵髓/坡缕石黏土复合吸附材料,是将向日葵茎髓粉碎后与坡缕石黏土原矿分散到一定质量浓度的硫酸溶液中混合均匀,浸渍一定时间,在100~160℃下水热反应8~10 h,离心,洗涤后(不干燥)将一定量的氯化锌加入其中,混合均匀后,放置12~24 h,造粒,然后于氮气保护,200~500℃下焙烧处理1~3h,冷却,洗涤,干燥既得,该复合材料将向日葵茎髓的活性吸附性能与坡缕石黏土吸附能力进行叠加,从而大大提高了其吸附性能,对工业造纸黑液的具有良好的净化效果。

Description

向日葵茎髓/坡缕石黏土复合吸附材料的制备方法
技术领域
本发明属于复合材料领域,涉及一种复合吸附材料的制备方法,尤其涉及一种向日葵髓/坡缕石黏土复合吸附材料的制备方法,得到的产品主要用于造纸黑液的净化处理。
背景技术
造纸黑液中含有大量的纤维素、木质素、无机碱以及单宁、树脂、蛋白质等,致使废水色度深、碱度大,难降解物质含量高、好氧量大。如果不回收处理任其排放,既浪费资源,又造成整个水体的污染和生态环境的严重破坏。常用处理造纸废水的方法有物理法(吸附法)、化学法、生物法、光合细菌处理化学法等。传统的吸附法中,主要以活性炭作为吸附材料。活性炭作为传统的吸附材料,由于具有孔隙发达、比表面积大、化学稳定性好等优点,已被广泛的接受和运用于气体净化、废水处理以及环境保护等领域。但我国传统生产活性炭的原料主要是以木屑和木炭,但由于近年来包装、建筑、装饰、一次性卫生用具等行业对木材的大量消耗使木质活性炭的发展受到影响。随着资源成本的上涨和来源的匮乏,传统活性炭的成本越来越高,因此我们需要制备一种高效且价廉的净水剂来处理造纸废水。因此,以不同原料代替木材制备活性炭是今后的发展趋势。例如用稻壳、笋壳、水解渣、植物秸秆等制备活性炭已有文献报道。
向日葵髓作为一种向日葵中的副产品,除了农村作为一种能源材料生火外,几乎被作为废弃物浪费,毫无附加值。近年来,虽然有文献报道向日葵髓作为包装材料使用,但目前仍然未见市场大规模销售。我国每年的向日葵髓产量超过了100万吨,因此将其资源化利用,提高其产品附加值,不仅可以节约资源,而且也能够为农村带来较好的经济收入。向日葵髓由于其秸秆内部呈海绵状,胞体基本形状是一种十四面体,理想的结构为Kelvin 模型,即由8个正六边形和6个正四边形组成的十四面体,有许多竖直的通气孔,所以非常符合活性炭对比表面积、孔容及吸附能力的要求。因此,向日葵髓成为植物秸秆中制备活性炭材料的首选原料(尹作栋等,科学通报2005年52卷第9期中)。
坡缕石黏土是一种层链状硅酸盐黏土矿物,优良的吸附能力已被广大科技工作者证实。坡缕石黏土的吸附性能也是最有希望和活性炭媲美的无机黏土矿物。因此,将向日葵髓活性炭材料和坡缕石黏土复配,制备出性能良好的吸附材料,期望用于造纸黑液的净化处理。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的问题,提供一种向日葵茎髓/坡缕石黏土复合吸附材料的制备方法。
(一)向日葵茎髓/坡缕石黏土复合吸附材料的制备
向日葵髓/坡缕石黏土复合吸附材料的制备方法,是将向日葵茎髓粉碎后与坡缕石黏土原矿以1:0.2~1:5的质量比混合后,以固液比1:1~1:5g /mL分散到质量浓度40~50%的硫酸溶液中混合均匀,浸渍6~24h,在100~160℃下水热反应8~10 h,离心,洗涤后(不干燥)加入氯化锌,混合均匀后,放置12~24 h,造粒,然后于氮气保护,200~500℃下焙烧处理1~3h,冷却,洗涤,干燥既得到向日葵茎髓/坡缕石黏土复合材料。
氯化锌的加入量为向日葵茎髓与坡缕石黏土原矿质量之和的5%~50%。
(二)向日葵髓/坡缕石黏土复合吸附材料的结构特征
1、红外谱图
图1 为本发明制备的向日葵茎髓/坡缕石黏土复合吸附材料的红外谱图。由图1可以看出,坡缕石黏土和葵花秸秆之间并没有形成新的键,碳化后葵花秸秆中的甲基及羰基等有机基团仍然存在。这些有机基团的存在,理论上可以说明该吸附材料对有机废水有较好的净化能力。
2、扫描电镜
图 2为本发明制备的向日葵茎髓/坡缕石黏土复合吸附材料的电镜扫描照片。从图 2可以看出,葵花秸秆形成的碳球与坡缕石黏土均匀的混合在一起,但不是简单的两种粉体物理混合的形貌。在水热反应的过程中,葵花秸秆上部分的有机物可能会对坡缕石黏土表面进行部分的有机化改性,这样两者之间的结合力将加强,从而更加接近为一种整体。
(三)向日葵茎髓/坡缕石黏土复合吸附材料对造纸黑液的吸附性能
将原造纸黑液稀释250倍,分别称取20 mg不同质量比的向日葵茎髓/坡缕石黏土复合材料于比色管中,各加入10mL稀释过的造纸黑液(浓度为420.6mg/L),在磁力搅拌器上于35℃、2000r/min恒温搅拌30min,取上清液测其COD,并计算除去率。
结果表明,其对原造纸黑液的除去率均在85%以上,其中当向日葵茎髓与坡缕石黏土的质量比为1:4时,得到的复合材料对造纸黑液的除去率为96%,达到国家污水排放一级标准。
综上所述,本发明相对于现有技术具有以下优点:
1、本发明将向日葵茎髓与坡缕石黏土进行复配,使向日葵茎髓的活性吸附性能与坡缕石黏土吸附能力进行叠加,从而大大提高了复合材料的吸附性能,对工业造纸黑液的具有良好的净化效果。
2、本发明以廉价的向日葵茎髓与坡缕石黏土为原料,廉价易得,制备方法简单,操作方便;工艺条件温和,成本低。
3、本发明制备过程中不使用任何助剂和有毒物质,后处理工艺简单,对环境友好,具有很好的工业应用价值。
附图说明
图1 为本发明制备的向日葵茎髓/坡缕石黏土复合吸附材料的红外谱图;
图 2为本发明制备的向日葵茎髓/坡缕石黏土复合吸附材料的电镜扫描照片。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明复合吸附材料的制备和对造纸黑夜的净化处理效果进行详细说明。
实施例 1
将向日葵茎髓粉碎至200目以上,与坡缕石黏土原矿以1:0.2的质量比混合,然后以固液比1:1g /mL分散到质量浓度40 %的硫酸溶液中混合均匀,浸渍24 h,在160℃下水热反应10 h,离心,洗涤后(不干燥)加入氯化锌(其质量为向日葵茎髓与坡缕石黏土原矿质量之和的5%),混合均匀,放置24 h,造粒,然后于氮气保护,500℃下焙烧处理1h,冷却,研磨后洗涤,干燥既得到向日葵茎髓/坡缕石黏土复合材料。
按前述方法对造纸黑液的吸附净化效果进行测定,结果表明,该复合材料对造纸黑液的除去率为92%。
实施例 2
将向日葵茎髓粉碎至200目以上,与坡缕石黏土原矿以1:5的质量比混合,然后以固液比1:5g / mL分散到质量浓度50 %的硫酸溶液中混合均匀,浸渍6h,在100℃下水热反应8 h,离心,洗涤后(不干燥)加入氯化锌(其质量为向日葵茎髓与坡缕石黏土原矿质量之和的50%),混合均匀后,放置12 h,造粒,然后于氮气保护,200℃下焙烧处理3h,冷却,研磨后洗涤,干燥既得到向日葵茎髓/坡缕石黏土复合材料。
按前述方法对造纸黑液的吸附净化效果进行测定,结果表明,该复合材料对造纸黑液的除去率为86%。
实施例 3
将向日葵茎髓粉碎后至200目以上,与坡缕石黏土原矿以1:1的质量比混合,然后以固液比1:3g / mL分散到质量浓度50 %的硫酸溶液中混合均匀,浸渍12h,在120℃下水热反应8 h,离心,洗涤后(不干燥)加入氯化锌(其质量为向日葵茎髓与坡缕石黏土原矿质量之和的25%),混合均匀后,放置15h,造粒,然后于氮气保护,450℃下焙烧处理2h,冷却,研磨后洗涤,干燥既得到向日葵茎髓/坡缕石黏土复合材料。
按前述方法对造纸黑液的吸附净化效果进行测定,结果表明,该复合材料对造纸黑液的除去率为89%。
实施例 4
将向日葵茎髓粉碎至200目以上,与坡缕石黏土原矿以1:3的质量比混合,然后以固液比1:2g /mL分散到质量浓度50 %的硫酸溶液中混合均匀,浸渍18h,在130℃下水热反应10h,离心,洗涤后(不干燥)加入氯化锌(其质量为向日葵茎髓与坡缕石黏土原矿质量之和的35%),混合均匀后,放置20 h,造粒,然后于氮气保护,400℃下焙烧处理3h,冷却,研磨后洗涤,干燥既得到向日葵茎髓/坡缕石黏土复合材料。
按前述方法对造纸黑液的吸附净化效果进行测定,结果表明,该复合材料对造纸黑液的除去率为91%。
实施例5
将向日葵茎髓粉碎至200目以上,与坡缕石黏土原矿以1:4的质量比混合,然后以固液比1:4g / mL分散到质量浓度45%的硫酸溶液中混合均匀,浸渍24h,在150℃下水热反应10h,离心,洗涤后(不干燥)加入氯化锌(其质量为向日葵茎髓与坡缕石黏土原矿质量之和的50%),混合均匀后,放置20 h,造粒,然后于氮气保护,480℃下焙烧处理3h,冷却,研磨后洗涤,干燥既得到向日葵茎髓/坡缕石黏土复合材料。
按前述方法对造纸黑液的吸附净化效果进行测定,结果表明,该复合材料对造纸黑液的除去率为96%。
实施例 6
将向日葵茎髓粉碎至200目以上,与坡缕石黏土原矿以1:3.5的质量比混合,然后以固液比1:2g/mL分散到质量浓度50 %的硫酸溶液中混合均匀,浸渍10h,在120℃下水热反应9h,离心,洗涤后(不干燥)加入氯化锌(其质量为向日葵茎髓与坡缕石黏土原矿质量之和的45%),混合均匀后,放置17 h,造粒,然后于氮气保护,350℃下焙烧处理2h,冷却,研磨后洗涤,干燥既得到向日葵茎髓/坡缕石黏土复合材料。
按前述方法对造纸黑液的吸附净化效果进行测定,结果表明,该复合材料对造纸黑液的除去率为94%。

Claims (2)

1.向日葵茎髓/坡缕石黏土复合吸附材料的制备方法,是将向日葵茎髓粉碎后与坡缕石黏土原矿以1:0.2~1:5的质量比混合后,以固液比1:1~1:5g /mL分散到质量浓度40~50%的硫酸溶液中混合均匀,浸渍6~24h,在100~160℃下水热反应8~10 h,离心,洗涤后直接加入氯化锌,混合均匀后,放置12~24 h,造粒,然后于氮气保护,200~500℃下焙烧处理1~3h,冷却,洗涤,干燥既得到向日葵茎髓/坡缕石黏土复合材料;氯化锌的加入量为向日葵茎髓与坡缕石黏土原矿总质量的5%~50%。
2.如权利要求1所述向日葵茎髓/坡缕石黏土复合吸附材料的制备方法,其特征在于:将向日葵茎髓粉碎至200目以上。
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