CN103601182B - 一种可处理含镉废水的稻草厌氧发酵渣活性炭的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可处理含镉废水的稻草厌氧发酵渣活性炭的制备方法，将稻草厌氧发酵渣洗净、切割、烘干、粉碎、过筛后，用质量分数为5～40%氢氧化钾溶液在振荡转速100～120r/min条件下浸渍3～12小时，氢氧化钾与稻草厌氧发酵渣粉末的质量比为0.5～4：1，烘干后在马弗炉中活化30～60分钟，温度为400～550℃，用70～80℃的热蒸馏水洗涤至pH为5～6，将所得产品烘干后研磨至粒径目数小于150目。本发明制备的活性炭，对含镉废水的处理效果好，镉离子的理论饱和吸附容量在20.79～66.22mg/g之间，远高于一般的商品活性炭。而且本发明工艺简单易行、成本低、污染少、对金属离子吸附效果好，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种活性炭的制备方法，特别涉及一种可处理含镉废水的稻草厌氧发酵渣活性炭的制备方法。
背景技术
稻草是我国第一大农作物秸秆，其产量占农作物秸秆总产量的四分之一以上。稻草是农作物生产系统中一种重要的生物资源，主要由纤维素、半纤维素、木质素组成，也是一种贮量丰富、价格低廉且可以年年再生的有机物质。稻草曾经是中国广大农村必不可少的生产和生活物质，但最近二十年来，随着农民生活水平的提高、农村能源结构的改善和各类替代原料的应用，以稻草为首的秸秆出现了过剩，大量稻草被废弃或直接被焚烧，造成了严重的资源浪费和环境污染。近年来，随着科学技术的迅猛发展，国内外很多学者开展了稻草的综合利用研究。
目前，稻草主要应用于沼气发酵、畜禽养殖、食用菌栽培种植、还田、造纸、稻草编织和生物乙醇制备等产业中，其中将稻草等农作物秸秆应用于沼气发酵，得到了世界范围的普遍重视。特别是伴随着农村地区能源消耗的日益增大，同时全球范围内能源危机和环境污染等问题的日益严重，沼气资源作为一种应用前景良好的新能源，它的开发利用日益受到各国政府的重视。沼气发酵工艺在农村地区的推广应用，给广大农民带来了清洁便利的能源，但是随之而来的是沼渣等废弃物的排放量也在不断增加。如果不能把这些废弃物及时、有效、充分地利用起来，则会给周边的环境带来二次污染。因此，对稻草循环利用后的有机废弃物进行妥善处理或进一步资源化再利用，是实现农村可持续发展的必然要求。目前，稻草发酵后的沼渣主要用作农作物和花卉等的肥料，也能用于养殖业，如菌类养殖、蚯蚓养殖、鱼类养殖等。但沼渣在利用过程中存在着一定的安全隐患，如沼渣中含有一定量的激素、病原微生物、重金属等，可能会对环境和人畜的健康产生影响。当沼渣作为农肥进行使用时，还存在着运输不便、使用不方便、肥效不好等缺点，另外农作物对肥料的需求具有一定的季节性，这会导致沼渣出现季节性过剩。以上这些因素，限制了沼渣的资源化利用。为了及时充分地利用沼渣，探索沼渣的新的利用方式，显得十分必要。
沼渣是由灰分物质、腐植酸类物质和难分解的有机残余物质如木质素、纤维素、半纤维素等组成。其中木质素、纤维素和半纤维素等有机残余物质占40%～50%，腐植酸类物质占10%～20%。稻草厌氧发酵渣是以稻草为原料进行厌氧发酵制备沼气后的副产物，其有机质的含量约为47%左右。活性炭是一种优质吸附剂，因其具有发达的孔隙结构、巨大的比表面积和丰富的表面官能团，已被广泛应用于环保、食品和化工等领域。几乎所有富含碳的有机材料都能用于制备活性炭，而稻草厌氧发酵渣中有机质含量丰富，是一种较好的活性炭制备的前驱体，因此，可以试着将稻草厌氧发酵渣用于制备活性炭，并将所制备的活性炭用于处理含镉废水。这一方面可为含镉废水的治理提供一种新的处理方法，同时为沼渣的资源化再利用提供了一种新的处理途径，具有较好的经济效应和环境效应。
发明内容
本发明针对沼渣利用过程中存在的不足及含镉废水治理的紧迫性，提供一种以稻草厌氧发酵渣为原料，工艺简单的活性炭的制备方法，实现充分利用稻草厌氧发酵渣有效处理含镉废水。
本发明的目的可以通过以下步骤实现：
一种可处理含镉废水的稻草厌氧发酵渣活性炭的制备方法，包括如下步骤：
A：将稻草厌氧发酵渣洗净、切割、烘干、粉碎、过筛，得到稻草厌氧发酵渣粉末；
B：将步骤A制得的稻草厌氧发酵渣粉末加到氢氧化钾溶液中，搅拌混匀、振荡浸渍后固液分离；
C：将浸渍后的稻草厌氧发酵渣粉末烘干，在马弗炉中活化；
D：将活化后的稻草厌氧发酵渣粉取出，冷却，用1M盐酸酸洗，然后用热蒸馏水洗涤；
E：将洗涤好的试样烘干、研磨、过筛，得稻草厌氧发酵渣活性炭成品。
所述步骤A中，粉碎粒径目数大于20目；
所述步骤B中，氢氧化钾溶液的质量分数为5～40%，氢氧化钾与稻草厌氧发酵渣粉末的质量比为0.5～4：1，振荡转速为100～120r/min，浸渍的时间为3～12小时；
所述步骤C中，马弗炉中活化温度为400～550℃，恒温时间为30～60分钟；
所述步骤D中，热蒸馏水的温度优选为70～80℃，用热蒸馏水洗涤至洗涤液的pH为5～6；
所述步骤E中，试样研磨至粒径目数小于150目，优选100目。
所述步骤A、步骤C、步骤E中烘干温度均为为100～120℃。
本发明首次利用稻草厌氧发酵渣制备活性炭，实现了对稻草厌氧发酵渣的充分利用，达到了资源循环利用和环境保护的双赢。本发明制备的活性炭，对含镉废水的处理效果好，镉离子的理论饱和吸附容量在20.79～66.22mg/g之间，远高于一般的商品活性炭。而且本发明具有工艺简单易行、成本低、污染少、活化温度低、对金属离子吸附效果好等特点，符合循环经济发展的需要，具有良好的应用前景。
具体实施方式：
下面将结合实施例对本发明做详细说明：
实施例1：
用蒸馏水将稻草厌氧发酵渣洗净，剪成长度为2～4cm小段，在105℃下烘24小时，烘干后用粉碎机将稻草厌氧发酵渣粉碎，过20目筛，得到稻草厌氧发酵渣粉末。将所得稻草厌氧发酵渣粉末与10%的氢氧化钾溶液以1:1的质量比混合，搅拌均匀，然后以120r/min的转速振荡浸渍6小时，振荡结束后，用纱布滤去残余的浸润液。将浸渍后的稻草厌氧发酵渣粉放入真空干燥箱中，于105℃下烘12小时，待马弗炉的温度升至所需要的活化温度450℃后，将烘干后的稻草厌氧发酵渣粉末放入马弗炉中，恒温60分钟。冷却后，用1M盐酸进行酸洗，以除去所含的金属类化合物杂质，随后用70℃的热蒸馏水继续洗涤试样，直至洗涤液的pH至6。将洗涤后的试样在105℃下烘干，烘干后研磨过100目筛，即获得稻草厌氧发酵渣活性炭成品。由本实施例得到的活性炭产品对镉离子的理论饱和吸附容量为66.22mg/g，20mg/L含镉溶液的吸附效率为93.76%。
实施例2：
用蒸馏水将稻草厌氧发酵渣洗净，剪成长度为2～4cm小段，在105℃下烘24小时，烘干后用粉碎机将稻草厌氧发酵渣粉碎，过20目筛，得到稻草厌氧发酵渣粉末。将所得稻草厌氧发酵渣粉末与10%的氢氧化钾溶液以1:1的质量比混合，搅拌均匀，然后以120r/min的转速振荡浸渍12小时，振荡结束后，用纱布滤去残余的浸润液。将浸渍后的稻草厌氧发酵渣粉放入真空干燥箱中，于105℃下烘12小时，待马弗炉的温度升至所需要的活化温度450℃后，将烘干后的稻草厌氧发酵渣粉末放入马弗炉中，恒温60分钟。冷却后，用1M盐酸进行酸洗，以除去所含的金属类化合物杂质，随后用75℃的热蒸馏水继续洗涤试样，直至洗涤液的pH至5。将洗涤后的试样在105℃下烘干，烘干后研磨过120目筛，即获得稻草厌氧发酵渣活性炭成品。由本实施例得到的活性炭产品对镉离子的理论饱和吸附容量为61.35mg/g，20mg/L含镉溶液的吸附效率为96.09%。
实施例3：
用蒸馏水将稻草厌氧发酵渣洗净，剪成长度为2～4cm小段，在110℃下烘24小时，烘干后用粉碎机将稻草厌氧发酵渣粉碎，过20目筛，得到稻草厌氧发酵渣粉末。将所得稻草厌氧发酵渣粉末与10%的氢氧化钾溶液以1:1的质量比混合，搅拌均匀，然后以120r/min的转速振荡浸渍3小时，振荡结束后，用纱布滤去残余的浸润液。将浸渍后的稻草厌氧发酵渣粉放入真空干燥箱中，于105℃下烘12小时，待马弗炉的温度升至所需要的活化温度450℃后，将烘干后的稻草厌氧发酵渣粉末放入马弗炉中，恒温40分钟。冷却后，用1M盐酸进行酸洗，以除去所含的金属类化合物杂质，随后用75℃的热蒸馏水继续洗涤试样，直至洗涤液的pH至5。将洗涤后的试样在105℃下烘干，烘干后研磨过80目筛，即获得稻草厌氧发酵渣活性炭成品。由本实施例得到的活性炭产品对镉离子的理论饱和吸附容量为31.44mg/g，20mg/L含镉溶液的吸附效率为73.00%。
实施例4：
用蒸馏水将稻草厌氧发酵渣洗净，剪成长度为2～4cm小段，在105℃下烘24小时，烘干后用粉碎机将稻草厌氧发酵渣粉碎，过40目筛，得到稻草厌氧发酵渣粉末。将所得稻草厌氧发酵渣粉末与5%的氢氧化钾溶液以0.5:1的质量比混合，搅拌均匀，然后以120r/min的转速振荡浸渍3小时，振荡结束后，用纱布滤去残余的浸润液。将浸渍后的稻草厌氧发酵渣粉放入真空干燥箱中，于105℃下烘12小时，待马弗炉的温度升至所需要的活化温度450℃后，将烘干后的稻草厌氧发酵渣粉末放入马弗炉中，恒温50分钟。冷却后，用1M盐酸进行酸洗，以除去所含的金属类化合物杂质，随后用70℃的热蒸馏水继续洗涤试样，直至洗涤液的pH至6。将洗涤后的试样在105℃下烘干，烘干后研磨过100目筛，即获得稻草厌氧发酵渣活性炭成品。由本实施例得到的活性炭产品对镉离子的理论饱和吸附容量为44.64mg/g，20mg/L含镉溶液的吸附效率为87.91%。
实施例5：
用蒸馏水将稻草厌氧发酵渣洗净，剪成长度为2～4cm小段，在105℃下烘24小时，烘干后用粉碎机将稻草厌氧发酵渣粉碎，过20目筛，得到稻草厌氧发酵渣粉末。将所得稻草厌氧发酵渣粉末与40%的氢氧化钾溶液以4:1的质量比混合，搅拌均匀，然后以120r/min的转速振荡浸渍3小时，振荡结束后，用纱布滤去残余的浸润液。将浸渍后的稻草厌氧发酵渣粉放入真空干燥箱中，于105℃下烘12小时，待马弗炉的温度升至所需要的活化温度450℃后，将烘干后的稻草厌氧发酵渣粉末放入马弗炉中，恒温60分钟。冷却后，用1M盐酸进行酸洗，以除去所含的金属类化合物杂质，随后用70℃的热蒸馏水继续洗涤试样，直至洗涤液的pH至5。将洗涤后的试样在105℃下烘干，烘干后研磨过100目筛，即获得稻草厌氧发酵渣活性炭成品。由本实施例得到的活性炭产品对镉离子的理论饱和吸附容量为38.16mg/g，20mg/L含镉溶液的吸附效率为80.99%。
实施例6：
用蒸馏水将稻草厌氧发酵渣洗净，剪成长度为2～4cm小段，在105℃下烘24小时，烘干后用粉碎机将稻草厌氧发酵渣粉碎，过60目筛，得到稻草厌氧发酵渣粉末。将所得稻草厌氧发酵渣粉末与10%的氢氧化钾溶液以1:1的质量比混合，搅拌均匀，然后以120r/min的转速振荡浸渍6小时，振荡结束后，用纱布滤去残余的浸润液。将浸渍后的稻草厌氧发酵渣粉放入真空干燥箱中，于105℃下烘12小时，待马弗炉的温度升至所需要的活化温度400℃后，将烘干后的稻草厌氧发酵渣粉末放入马弗炉中，恒温60分钟。冷却后，用1M盐酸进行酸洗，以除去所含的金属类化合物杂质，随后用80℃的热蒸馏水继续洗涤试样，直至洗涤液的pH至5。将洗涤后的试样在105℃下烘干，烘干后研磨过100目筛，即获得稻草厌氧发酵渣活性炭成品。由本实施例得到的活性炭产品对镉离子的理论饱和吸附容量为58.87mg/g，20mg/L含镉溶液的吸附效率为93.49%。
实施例7：
用蒸馏水将稻草厌氧发酵渣洗净，剪成长度为2～4cm小段，在120℃下烘24小时，烘干后用粉碎机将稻草厌氧发酵渣粉碎，过20目筛，得到稻草厌氧发酵渣粉末。将所得稻草厌氧发酵渣粉末与10%的氢氧化钾溶液以1:1的质量比混合，搅拌均匀，然后以100r/min的转速振荡浸渍3小时，振荡结束后，用纱布滤去残余的浸润液。将浸渍后的稻草厌氧发酵渣粉放入真空干燥箱中，于105℃下烘12小时，待马弗炉的温度升至所需要的活化温度500℃后，将烘干后的稻草厌氧发酵渣粉末放入马弗炉中，恒温60分钟。冷却后，用1M盐酸进行酸洗，以除去所含的金属类化合物杂质，随后用80℃的热蒸馏水继续洗涤试样，直至洗涤液的pH至5。将洗涤后的试样在105℃下烘干，烘干后研磨过100目筛，即获得稻草厌氧发酵渣活性炭成品。由本实施例得到的活性炭产品对镉离子的理论饱和吸附容量为25.64mg/g，20mg/L含镉溶液的吸附效率为73.62%。
实施例8：
用蒸馏水将稻草厌氧发酵渣洗净，剪成长度为2～4cm小段，在105℃下烘24小时，烘干后用粉碎机将稻草厌氧发酵渣粉碎，过20目筛，得到稻草厌氧发酵渣粉末。将所得稻草厌氧发酵渣粉末与10%的氢氧化钾溶液以1:1的质量比混合，搅拌均匀，然后以120r/min的转速振荡浸渍6小时，振荡结束后，用纱布滤去残余的浸润液。将浸渍后的稻草厌氧发酵渣粉放入真空干燥箱中，于105℃下烘12小时，待马弗炉的温度升至所需要的活化温度550℃后，将烘干后的稻草厌氧发酵渣粉末放入马弗炉中，恒温30分钟。冷却后，用1M盐酸进行酸洗，以除去所含的金属类化合物杂质，随后用70℃的热蒸馏水继续洗涤试样，直至洗涤液的pH至5。将洗涤后的试样在105℃下烘干，烘干后研磨过100目筛，即获得稻草厌氧发酵渣活性炭成品。由本实施例得到的活性炭产品对镉离子的理论饱和吸附容量为20.79mg/g，20mg/L含镉溶液的吸附效率为69.94%。
Claims (9)
1.一种可处理含镉废水的稻草厌氧发酵渣活性炭的制备方法，包括如下步骤：
A：将稻草厌氧发酵渣洗净、切割、烘干、粉碎、过筛，得到稻草厌氧发酵渣粉末；
B：将步骤A制得的稻草厌氧发酵渣粉末加到氢氧化钾溶液中，搅拌混匀、振荡、浸渍后固液分离；
C：将浸渍后的稻草厌氧发酵渣粉末烘干后，在马弗炉中活化；
D：将活化后的稻草厌氧发酵渣粉末取出，冷却后，用1M盐酸酸洗，然后用热蒸馏水洗涤；
E：将洗涤好的试样烘干、研磨、过筛，得稻草厌氧发酵渣活性炭成品；
所述稻草厌氧发酵渣活性炭在处理含镉废水中的应用。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于粉碎粒径目数大于20目。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述步骤B中，所用氢氧化钾溶液的质量分数为5～40％，浸渍的时间为3～12小时。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤B中氢氧化钾与步骤A制得的稻草厌氧发酵渣粉末的质量比为0.5～4：1。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤B中振荡转速为100～120r/min。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤C中马弗炉活化的温度为400～550℃，恒温时间为30～60分钟。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤D中，所用热蒸馏水的温度为70～80℃，用热蒸馏水洗涤至洗涤液的pH为5～6。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述步骤E中，试样研磨至粒径目数小于150目。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述步骤A、步骤C、步骤E中烘干温度均为100～120℃。
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