CN103864168A

CN103864168A - 一种核桃壳生物质炭吸附剂去除废水中罗丹明b染料的方法

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Publication number: CN103864168A
Application number: CN201410093252.3A
Authority: CN
Inventors: 高景峰; 司春英; 杨辰
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2014-03-13
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2034-03-13
Also published as: CN103864168B

Abstract

一种核桃壳生物质炭吸附剂去除废水中罗丹明B染料的方法，属于废水处理技术领域。将得到的核桃壳生物质炭吸附剂加入到起始pH为2～11、含200～1000mg/L罗丹明B染料的废水中，同时加入氯化钠使其质量百分比浓度在2～30%，在25℃～45℃下搅拌或振荡吸附6～24h后，过滤分离，滤液调至中性后排放。本发明操作简单，成本低廉，无二次污染，具有产业化前景。

Description

一种核桃壳生物质炭吸附剂去除废水中罗丹明B染料的方法

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，具体是涉及一种利用核桃壳生物质炭吸附剂去除废水中罗丹明B染料的方法。

背景技术

染料广泛应用于印染、皮革、造纸、化妆品、油漆、橡胶、塑料、杀虫剂、木材防腐剂等各种工业。一般来说，含10～200mg/L染料的废水排放到自然水体会对生物体造成毒害甚至产生“三致”效应（即致癌、致突变、致畸形效应）。因其结构复杂和难降解等特性，染料难以脱色，这使得必须从废水中去除染料。按照化学结构，染料可分为偶氮染料、蒽醌染料、三苯甲烷染料等，其中偶氮染料应用最广泛，蒽醌染料次之。按应用，常用的染料又可分为酸性染料、碱性染料、活性染料等。

与传统的印染废水治理技术（如离子交换法、膜分离法、化学沉淀法及氧化还原法等）相比，生物吸附法在处理印染废水方面有着其它方法不可替代的优势，如高效廉价、吸附材料来源广泛、无二次污染等。活性炭是印染废水吸附处理中应用最广泛的常规吸附剂，但因价格昂贵且难以再生，限制了其进一步的推广应用。国内外众多学者先后研究了泥炭、膨润土、飞灰、黏土、硅土等廉价材料的吸附脱色效果，但这些吸附剂总体上吸附容量不大，且需要较大的投加量。因此，非常有必要开发更为廉价高效的吸附剂。生物质炭吸附剂是一种典型的生物吸附剂，是指由富含碳的生物质通过裂解或者不完全燃烧生成的一种生物质。生物质炭具有发达的孔隙结构、高的比表面积以及丰富的表面官能团等特点，这使生物质炭在生物吸附领域有广泛的应用前景。

农林废弃物资源丰富，但大多被焚烧、填埋或丢弃，如秸秆等农业废弃物在田间焚烧，食品加工的副产品如壳、皮等被当作垃圾填埋，林业产品加工产生的木屑、锯末等被直接丢弃，不仅污染了环境，还造成了资源的严重浪费。因此，如何处置和利用农林废弃物已成为世界各国关注的焦点之一。

核桃是一种木本油料植物，在我国多个地区均有大面积种植。据统计，我国核桃年产量2008年为83万t，2009年为98万t，2010年为106万t，核桃产量逐年快速增加。目前我国核桃产量已居世界首位。按照核桃壳的质量占核桃总质量的30%计算，则2010年核桃壳的产量为31.8万t。以前核桃作为干果销售，食用后直接丢弃，其果壳难以回收。目前，食品加工行业中对核桃进行了深加工，其加工副产品核桃壳虽然可以系统回收，但是多数仍旧被焚烧或丢弃，造成了资源浪费和环境污染。核桃壳的主要成分是木素、纤维素和半纤维素，是一种固定碳和挥发分含量较高而灰分较少的含碳物质。如果将废弃的核桃壳用于制备生物质炭，其前景非常广阔。在本专利中，提供了利用核桃壳制备生物质炭吸附剂去除印染废水中罗丹明B（碱性染料）的有效方法，不仅可以减轻大量焚烧或丢弃核桃壳造成的环境负荷，还可以变废为宝，去除废水中的罗丹明B染料，以废治废，实现核桃壳资源的有效利用和水环境保护。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效环保的利用核桃壳生物质炭吸附去除废水中罗丹明B染料的方法。

一种核桃壳生物质炭吸附剂，其制备方法包括以下步骤：

将核桃壳用自来水清洗，经干燥，破碎、筛分至300～600μm，用30%～70%的氯化锌溶液充分浸泡破碎后的核桃壳，再经480～640W微波加热10～20min后，用10%的盐酸酸洗所得核桃壳生物质炭，用蒸馏水清洗至pH呈中性，干燥，即得到核桃壳生物质炭吸附剂。

所述的核桃是市售普通核桃（种名为Juglans Regia，核桃壳硬且厚）。

优选破碎后的核桃壳与氯化锌溶液的浸渍比即核桃壳（g）：氯化锌溶液（g）为1：6～1：10。

上述的核桃壳生物质炭吸附剂用于去除废水中的罗丹明B染料。

将得到的核桃壳生物质炭吸附剂加入到起始pH为2～11、含200～1000mg/L罗丹明B染料的废水中，同时加入氯化钠使其质量百分比浓度在2～30%，在25℃～45℃下搅拌或振荡吸附6～24h后，过滤分离，滤液调至中性后排放。

上述核桃壳生物质炭吸附剂用于去除废水中的罗丹明B时，核桃壳生物质炭吸附剂用量为1～5g/L，废水溶液的起始pH优选为碱性，氯化钠的质量百分比浓度为2～30%时吸附量基本一致，优选2%，吸附温度优选25℃，罗丹明B废水中罗丹明B的浓度优选200～1000mg/L。

本发明的有益效果体现在：

（1）本发明的核桃壳生物质炭吸附剂具有极好的吸附性能，能够快速地去除水中的罗丹明B染料，以200mg/L罗丹明B为例，利用本发明的吸附剂可以在30min去除超过96.9%的罗丹明B染料。除此之外，本发明的核桃壳炭生物质炭吸附剂的吸附容量非常大，25℃时罗丹明B最大单分子层吸附量Q₀是357.14mg/g，。

（2）与化学沉淀、膜分离、氧化还原、生物降解等方法相比，本发明的利用核桃壳生物质炭吸附去除废水中罗丹明B染料的方法，操作简单，成本低廉，无二次污染，具有产业化前景。

（3）本发明制备的核桃壳生物质炭吸附剂，不仅减轻了环境负荷，同时为核桃壳的利用提供了新途径，实现了资源的有效利用和水环境保护。

附图说明

图1为pH对核桃壳生物质炭吸附去除罗丹明B效果的影响。

图2为氯化钠浓度对核桃壳生物质炭吸附去除罗丹明B的影响。

图3为罗丹明B初始浓度对核桃壳生物质炭吸附去除罗丹明B效果的影响。

图4为核桃壳生物质炭吸附罗丹明B的Langmuir吸附等温线。

具体实施方式

下面结合具体实施例来对本发明作进一步详细说明，但本发明并不限制于实施例。

吸附剂的制备

取一定质量市售普通核桃的壳，用自来水清洗，经干燥，破碎、筛分至300～600μm，将破碎后的核桃壳与氯化锌溶液按照核桃壳质量（g）：氯化锌溶液质量（g）为1：6的比例混合浸渍于锥形瓶中，其中氯化锌溶液的浓度为30%，再经560W微波加热15min后，用10%的盐酸酸洗所得核桃壳生物质炭，用蒸馏水清洗至pH呈中性，干燥，即得到吸附剂A。

取一定质量市售普通核桃的壳，用自来水清洗，经干燥，破碎、筛分至300～600μm，将破碎后的核桃壳与氯化锌溶液按照核桃壳质量（g）：氯化锌溶液质量（g）为1：7的比例混合浸渍于锥形瓶中，其中氯化锌溶液的浓度为40%，再经520W微波加热18min后，用10%的盐酸酸洗所得核桃壳生物质炭，用蒸馏水清洗至pH呈中性，干燥，即得到吸附剂B。

取一定质量市售普通核桃的壳，用自来水清洗，经干燥，破碎、筛分至300～600μm，将破碎后的核桃壳与氯化锌溶液按照核桃壳质量（g）：氯化锌溶液质量（g）为1：8的比例混合浸渍于锥形瓶中，其中氯化锌溶液的浓度为50%，再经480W微波加热20min后，用10%的盐酸酸洗所得核桃壳生物质炭，用蒸馏水清洗至pH呈中性，干燥，即得到吸附剂C。

取一定质量市售普通核桃的壳，用自来水清洗，经干燥，破碎、筛分至300～600μm，将破碎后的核桃壳与氯化锌溶液按照核桃壳质量（g）：氯化锌溶液质量（g）为1：9的比例混合浸渍于锥形瓶中，其中氯化锌溶液的浓度为60%，再经600W微波加热13min后，用10%的盐酸酸洗所得核桃壳生物质炭，用蒸馏水清洗至pH呈中性，干燥，即得到吸附剂D。

取一定质量市售普通核桃的壳，用自来水清洗，经干燥，破碎、筛分至300～600μm，将破碎后的核桃壳与氯化锌溶液按照核桃壳质量（g）：氯化锌溶液质量（g）为1：10的比例混合浸渍于锥形瓶中，其中氯化锌溶液的浓度为70%，再经640W微波加热10min后，用10%的盐酸酸洗所得核桃壳生物质炭，用蒸馏水清洗至pH呈中性，干燥，即得到吸附剂E。

实施例1

取吸附剂B和氯化钠加入溶液pH值分别为2、4、7、9，650mg/L的罗丹明B溶液中，其中每0.05g吸附剂B对应2.5g氯化钠、50mL罗丹明B溶液，25℃下搅拌或振荡6h后，过滤分离，滤液调至中性后排放。

不同初始pH对罗丹明B去除效果的影响如图1所示，随着pH的升高，吸附剂B对罗丹明B的吸附值随之升高，说明本发明的去除罗丹明B的方法适用于碱性废水的处理，且pH越高处理效果越好。

实施例2

取吸附剂C加入pH=4.0、600mg/L罗丹明B溶液中，其中每0.15g吸附剂C对应50mL罗丹明B溶液，同时加入氯化钠使其百分比质量浓度分别为0%、2%、5%、10%、15%、30%，于45℃下搅拌或振荡8h后，过滤分离，滤液调至中性后排放。

氯化钠浓度对罗丹明B去除效果的影响如图2所示。由图2可以看出，氯化钠的存在十分有利于罗丹明B的去除。从图2还可以发现，氯化钠浓度在2%～30%之间时，吸附剂C对罗丹明B的吸附量基本无差异。

实施例3

取吸附剂D和氯化钠加入pH=7.0，分别含200、400、600、800、1000mg/L罗丹明B的溶液中，其中每0.20g吸附剂D对应2.0g氯化钠、50mL罗丹明B溶液，于35℃下搅拌或振荡24h后，过滤分离，滤液调至中性后排放。

罗丹明B初始浓度对罗丹明B去除效果的影响如图3所示。在不同浓度下，相当比例的罗丹明B在前30min中得以去除，第240min时大部分罗丹明B已经被去除。在浓度梯度的驱动下，随着罗丹明B初始浓度由200mg/L增加到1000mg/L，吸附量由96.31mg/g上升到355.51mg/g。这表明本发明的去除罗丹明B的方法处理含200～1000mg/L罗丹明B的废水时耗时短，效果好。

实施例4

取吸附剂E和氯化钠分别加入到pH=9.0，罗丹明B浓度分别为200、400、600、800、1000mg/L的罗丹明B溶液中，其中每0.25g吸附剂E对应2.5g氯化钠、50mL罗丹明B溶液，于25℃、35℃、45℃下搅拌或振荡24h后，过滤分离，滤液调至中性后排放。

吸附结果用Langmuir吸附等温线拟合，不同温度下的吸附等温线如图4所示，拟合结果如表1所示。由图4和表1可以推断，Langmuir模型可以很好地描述核桃壳生物质炭吸附剂对罗丹明B的等温吸附试验数据。

25℃时，用Langmuir等温线计算得到的核桃壳生物质炭吸附剂吸附罗丹明B的最大单分子层吸附量Q₀是357.14mg/g。不同吸附剂对罗丹明B的Q₀比较如表2所示。结果表明：本发明的核桃壳生物质炭吸附剂对罗丹明B有较大的吸附容量，可以广泛应用于含罗丹明B废水的处理。

表1Langmuir吸附等温线参数

表2不同吸附剂对罗丹明B的吸附容量比较

吸附剂	最大单分子层吸附量Q₀(mg/g)
		橘子皮	3.23
松树锯末	39.37
		活性炭纤维	51.28
稞状活性炭	116.28
		核桃壳生物质炭（本发明）	357.14

上述实施例表明，本发明的利用核桃壳生物质炭吸附剂去除废水中罗丹明B染料的方法，操作简单，廉价高效，具有产业化的应用前景。

Claims

1.核桃壳生物质炭吸附剂用于去除废水中罗丹明B染料。

2.一种核桃壳生物质炭吸附剂去除废水中罗丹明B染料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）制备核桃壳生物质炭吸附剂：将核桃壳用自来水清洗，经干燥，破碎、筛分至300～600μm，用30%～70%的氯化锌溶液充分浸泡破碎后的核桃壳，再经480～640W微波加热10～20min后，用10%的盐酸酸洗所得核桃壳生物质炭，用蒸馏水清洗至pH呈中性，干燥，即得到核桃壳生物质炭吸附剂；

（2）将得到的核桃壳生物质炭吸附剂加入到起始pH为2～11、含200～1000mg/L罗丹明B染料的废水中，同时加入氯化钠使其质量百分比浓度在2～30%，在25℃～45℃下搅拌或振荡吸附6～24h后，过滤分离，滤液调至中性后排放。

3.按照权利要求2的方法，其特征在于，破碎后的核桃壳与氯化锌溶液的浸渍比即核桃壳（g）：氯化锌溶液（g）为1：6～1：10。

4.按照权利要求2的方法，其特征在于，核桃壳生物质炭吸附剂用量为1～5g/L。

5.按照权利要求2的方法，其特征在于，废水溶液的起始pH优选为碱性。

6.按照权利要求2的方法，其特征在于，氯化钠的质量百分比浓度优选2%。