CN104016512B - 一种利用互花米草基生物炭处理含铜废水的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用互花米草基生物炭处理含铜废水的方法，具体实施步骤如下：将互花米草水洗、干燥，筛分至100目，置于管式炉中，在流量80~120mL/min的二氧化碳气氛下以4℃/min的升温速率加热至300~700℃，并停留2h；调节含铜废水的初始pH值为3~6；向含铜废水中加入互花米草基生物炭。其中，生物炭的投加量为1g/L，含铜废水的折合为铜含量的初始浓度为50~100mg/L，反应时间为0.5~96h。本发明的优势在于利用二氧化碳的气化作用，提升了互花米草基生物炭的空隙结构和比表面积，抑制生物炭内部无机碳酸盐的分解，使互花米草基生物炭对重金属铜的最大吸附容量提升至90mg/g，比氮气气氛制备得到生物炭的吸附量高50%左右，同时还解决了入侵植物资源化利用的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种含铜废水的吸附处理工艺，尤其涉及一种利用互花米草基生物炭处理含铜废水的方法。
背景技术
铜是最常见、应用最广泛的一种有毒重金属，主要来源于金属加工、电镀、造纸、炼油厂泥浆、木材防腐剂、化肥等工业废水中。铜是生命必需的微量元素，但是过量的铜对人体、动植物都有危害。人体摄入过量的铜后会引起肝脏和中枢神经中毒，且铜盐的毒性更大，10g铜盐就可致死。水中含铜量达到0.01mg/L时，对水体自净有明显抑制作用，超过3mg/L有异味产生，超过15mg/L将无法饮用。植物吸收铜离子后，会固定于植物根部，妨碍养分吸收，灌溉水中铜离子浓度过高时可直接导致作物枯死。因此，寻找一种经济实用的技术去除水中重金属铜具有重要意义。
目前处理含铜废水的方法主要有化学沉淀法、膜分离法和吸附法等。化学法处理成本低、效果好，但会产生大量化学污泥，造成二次污染。膜分离处理效率高，且不存在二次污染，但设备投资与运行成本很高，不具有可持续。而吸附法由于处理工艺简单，适用范围广且材料成本低廉被认为是最具推广潜力的一种处理方法。在众多吸附材料中，生物炭作为一种来源广泛制备简单的吸附材料尤为引人关注。传统氮气气氛下热解得到的生物炭对于重金属铜的吸附效果不理想，因而改良制备工艺，提高生物炭的重金属铜的吸附性能具有十分重要的意义。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种利用互花米草基生物炭处理含铜废水的方法。在二氧化碳热解气氛下，互花米草基生物炭的空隙结构和比表面积得到显著提升，内部无机碳酸盐的分解得到了有效控制,从而影响生物炭的重金属吸附性能。在近中性pH条件下处理含铜废水时，二氧化碳气氛下制备的互花米草基生物炭对重金属铜的去除效率明显高于传统吸附剂。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种利用互花米草基生物炭处理含铜废水的方法，包括以下步骤：
1）将互花米草水洗、干燥，置于管式炉中，在流量80~120mL/min的二氧化碳气氛下以4℃/min的升温速率加热至300~700℃热解，并停留2h，制得互花米草基生物炭备用；
2）调节含铜废水的初始pH值；
3）向步骤2）含铜废水中投加互花米草基生物炭，旋转混合反应；其中互花米草基生物炭的投加量为1g/L，含铜废水的折合为铜含量的初始浓度为50~100mg/L，反应时间为0.5~96h。
进一步地，所述步骤1）中，互花米草的粒径为小于100目。
进一步地，所述步骤1）中，热解温度为700℃（吸附性能最好）。
进一步地，所述步骤2）中，调节含铜废水的初始pH值为3~6。
进一步地，所述步骤3）中，含铜废水的折合为铜含量的初始浓度为100mg/L。
进一步地，所述步骤3）中，反应时间为60h（最佳反应时间）。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
二氧化碳热解气氛提升了互花米草基生物炭的空隙结构和比表面积，抑制生物炭内部无机碳酸盐的分解，从而显著提高了互花米草基生物炭对重金属铜的吸附容量，同时还解决了入侵植物资源化利用的问题。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施例作进一步的说明。
实施例1
一种利用互花米草基生物炭处理含铜废水的方法，包括以下步骤：
a.将互花米草水洗、干燥，置于管式炉中，在流量100mL/min的二氧化碳气氛下以4℃/min的升温速率加热至700℃热解，并停留2h，制得互花米草基生物炭备用；
b.配制体积为2L初始浓度为100mg/L（折合为Cu含量）的含铜废水装入玻璃瓶中，采用硝酸溶液调节初始pH值为5；
c.将步骤a所得的互花米草基生物炭加入到步骤b的玻璃中，其中，互花米草基生物炭的投加量为1g/L，后将玻璃密封，放置于旋转混合器中反应60h后取样10mL，用0.45μm醋酸纤维素过滤膜过滤，测定铜元素含量。
互花米草基生物炭对重金属铜的吸附量达90mg/g，比氮气气氛制备得到生物炭的吸附量高50%左右。
实施例2
本实例与实例1不同的是含铜废水的初始pH值为6，处理过后，互花米草基生物炭对重金属铜的吸附量达75mg/g，比氮气气氛制备得到生物炭的吸附量高50%左右。
实施例3
本实例与实例1不同的是含铜废水的初始pH值为4，处理过后，互花米草基生物炭对重金属铜的吸附量达70mg/g，比氮气气氛制备得到生物炭的吸附量高40%左右。
从以上实施例得知，使用二氧化碳气氛制备互花米草基生物炭能显著提高其对重金属铜的去除效率。
Claims (6)
1.一种利用互花米草基生物炭处理含铜废水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将互花米草水洗、干燥，置于管式炉中，在流量80~120mL/min的二氧化碳气氛下以4℃/min的升温速率加热至300~700℃热解，并停留2h，制得互花米草基生物炭备用；
2）调节含铜废水的初始pH值；
3）向步骤2）含铜废水中投加互花米草基生物炭，旋转混合反应；其中互花米草基生物炭的投加量为1g/L，含铜废水中折合铜含量的初始浓度为50~100mg/L，反应时间为0.5~96h。
2.根据权利要求1所述的利用互花米草基生物炭处理含铜废水的方法，其特征在于，所述步骤1）中，互花米草的粒径为小于100目。
3.根据权利要求1所述的利用互花米草基生物炭处理含铜废水的方法，其特征在于，所述步骤1）中热解温度为700℃。
4.根据权利要求1所述的利用互花米草基生物炭处理含铜废水的方法，其特征在于，所述步骤2）中，调节含铜废水的初始pH值为3~6。
5.根据权利要求1所述的利用互花米草基生物炭处理含铜废水的方法，其特征在于，所述步骤3）中，含铜废水的折合为铜含量的初始浓度为100mg/L。
6.根据权利要求1所述的利用互花米草基生物炭处理含铜废水的方法，其特征在于，所述步骤3）中，反应时间为60h。
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