CN104338516A

CN104338516A - 生物吸附剂及其制备方法和使用该生物吸附剂去除废水中孔雀石绿染料的方法

Info

Publication number: CN104338516A
Application number: CN201310336209.0A
Authority: CN
Inventors: 袁兴中; 王侯; 吴艳; 冷立健; 肖智华; 彭馨; 曾光明
Original assignee: Hunan University
Current assignee: Hunan University
Priority date: 2013-08-05
Filing date: 2013-08-05
Publication date: 2015-02-11

Abstract

一种生物吸附剂及其制备方法和使用该生物吸附剂去除废水中孔雀石绿染料的方法，生物吸附剂是以樟木屑为原料，经洗提、干燥、粉碎和过筛处理后制得。该生物吸附剂去除废水中孔雀石绿染料的方法，是将其与孔雀石绿染料废水混合均匀，经振荡反应，固液分离，完成对孔雀石绿染料的去除，并将分离得到的负载染料的吸附剂烘干至恒重，加入洗脱剂，进行振荡解吸反应，完成后过滤，回收染料和并使吸附剂再生。本发明生物吸附剂具有吸附量大、染料去除率高等特点，对孔雀石绿染料的去除率最高达99%，且不产生二次污染物，是一种天然环保的生物吸附剂。本发明去除孔雀石绿染料的方法操作工艺简单、处理效率高，实现了废物资源化及“以废治废”的目的。

Description

生物吸附剂及其制备方法和使用该生物吸附剂去除废水中孔雀石绿染料的方法

技术领域

本发明涉及废水净化技术领域，特别涉及一种去除废水中孔雀石绿染料所使用的生物吸附剂及其制备方法和一种使用该生物吸附剂去除废水中孔雀石绿染料的方法。

背景技术

染料废水具有色泽深、臭味大、COD含量高、成分复杂且多变的特点，含有多种生物毒性大、难以降解的物质，废水中的染料能吸收光线，降低水体透明度，大量消耗水体中氧，造成水体缺氧，破坏水体自净及水生生态系统。孔雀石绿是一种有毒的三苯甲烷类化学物，带有金属光泽的绿色结晶体。常作为染料用于制陶、纺织、皮革和细胞化学染色等行业。孔雀石绿作为染色剂，在染色后产生大量的含孔雀石绿废水。该废水具有高毒性、高残留和致癌、致畸、致突变作用，严重危害水生生物及人类健康。因此，如何去除废水中孔雀石绿染料已成为人们关注的热点和难点。

目前去除废水中孔雀石绿的处理方法可分为物理法、化学法和生物法，主要有高级氧化法、光催化法、光解法和吸附法等。在这些方法中，吸附法由于设备投资少，工艺与操作简单、高效，已广泛应用于去除废水染料，而改善吸附法的关键在于寻找更加高效、环保、价廉的吸附材料。

木屑(又称为锯屑或锯末)，是林区和城乡木材加工企业生产中产生的废料。一般木材加工厂中锯屑约占原木材加工总量的8% ～ 12%。据我国林产品加工部门测算，按年产木材330万m³的木材加工企业为依据，每年所产生的木屑在 (26.4～39.6) 万m³。目前国内对锯屑的综合利用主要是用作燃料、食用菌栽培、生产炭化制品、制版原料及模压成型制品等。但由于技术、经济等方面原因，很大一部分锯屑等剩余物仍然有待妥善处理或有效利用。随意抛弃这类锯屑不仅会造成原材料的浪费，还会造成环境污染，甚至造成火灾。

香樟木又名乌樟，是常绿的乔木，仅分布在长江以南以及西南地区。樟木是一种很好的建筑和家具用才，不变形，耐虫蛀且民间多用樟木雕刻佛像。在樟木加工过程中，产生大量无用的樟木屑。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种制备工艺简单、成本低廉、选择性好、原料来源广且对孔雀石绿染料去除率高、吸附量大的生物吸附剂及其制备方法，还提供了一种使用该生物吸附剂去除废水中孔雀石绿染料的方法，该方法所需设备设施少、操作工艺简单且处理效率高。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

本发明的生物吸附剂，所述生物吸附剂是以樟木屑为原料，通过洗提、干燥、粉碎和过筛处理后制得的樟木粉末状颗粒。

上述的生物吸附剂中，所述生物吸附剂的粒径小于75 μm。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述生物吸附剂的制备方法，包括以下步骤：将樟木屑先用去离子水进行洗提与过滤，直至滤液变清澈无浑浊物，得到湿樟木屑；然后将上述湿樟木屑干燥至恒重，得到干樟木屑；最后将上述干樟木屑粉碎成粉末状，过200目筛，即得生物吸附剂。

上述生物吸附剂的制备方法中，所述洗提与过滤次数为3～4次，所述干燥的温度为323 K～343 K。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述生物吸附剂去除废水中孔雀石绿染料的方法，包括以下步骤：将所述生物吸附剂与含有孔雀石绿染料的废水混合均匀，然后进行振荡反应和固液分离，分离得到负载有孔雀石绿染料的生物吸附剂，完成对废水中孔雀石绿染料的去除；所述生物吸附剂与所述废水中孔雀石绿染料的质量比为17.5～30.0。

上述生物吸附剂去除废水中孔雀石绿染料的方法中，所述振荡反应条件：振荡反应pH为6.5～7.5，振荡反应温度为298 K～318 K，振荡反应时间为30～180min，振荡反应转速为160～180 rpm。

上述生物吸附剂去除废水中孔雀石绿染料的方法中，将所述负载有孔雀石绿染料的生物吸附剂进行烘干至恒重，加入洗脱剂，再进行振荡解吸反应，然后过滤，得到再生的生物吸附剂和回收的孔雀石绿染料。

上述生物吸附剂去除废水中孔雀石绿染料的方法中，所述洗脱剂为盐酸、乙酸或乙醇的一种或两种或三种。

本发明的生物吸附剂具有粒径小，比表面积大的特点，因此，它与污水接触面积比较大，反应的位点多，具有优良的吸附效果。本发明的生物吸附剂具有发达的微孔结构，能够结合羟基、羧基等基团以及各种有机组分（木质素，纤维素和半纤维素），可通过各种机制和染料形成键力，如离子交换、静电引力和氢键等，利于其对废水中染料的吸附。

与现有技术相比，本发明的优点在于:

本发明的生物吸附剂主要原料为樟木屑，将樟木屑通过洗提、干燥、粉碎和过筛四步制备得到生物吸附剂，其原料来源广、制备工艺简单、成本低廉，适于连续大规模的批量生产。本发明的生物吸附剂具有多孔性、渗透性、比表面积大及含有多种化学官能团，无需进行表面化学处理等特点，其吸附量大且对染料去除率高，是一种天然环保的生物吸附剂。本发明生物吸附剂的制备过程中不产生对环境有污染的副产物，原料简单易得。本发明生物吸附剂去除废水中孔雀石绿染料的方法具有设备设施少、操作工艺简单、对孔雀石绿染料去除效率高等特点，对于孔雀石绿染料的去除率最高可达到99%以上，最大吸附量可达到140mg/g，处理后的出水几乎不含染料物质，可直接排入城市污水管网系统；经吸附染料后的生物吸附剂，可利用洗脱剂解吸再生，实现染料的回收和吸附剂的循环再生利用，不会造成二次污染。本发明既能充分利用樟木加工中废樟木屑等剩余物，又能解决染料废水吸附处理仍不达标的问题，大幅度降低染料废水的处理成本，达到了废物资源化及“以废治废”的目的。

附图说明

图1为本发明生物吸附剂制备及其吸附工艺流程图；

图2为实施例1中在不同pH条件下本发明生物吸附剂对孔雀石绿染料的去除率示意图；

图3为实施例2中在不同时间条件下本发明生物吸附剂对孔雀石绿染料的吸附量示意图；

图4为实施例3中不同粒径的生物吸附剂对孔雀石绿染料的吸附量示意图；

图5为实施例4中在不同温度条件下本发明生物吸附剂对初始浓度不同的孔雀石绿染料的吸附量示意图；

图6为实施例5中不同用量的本发明生物吸附剂对孔雀石绿染料的去除率示意图。

具体实施方式

以下通过具体实施例和说明书附图对本发明进行更详细的说明。实施例仅是对本发明的一种说明，而不构成对本发明的限制。

实施例1：

本发明生物吸附剂以樟木屑为原料，通过洗提、干燥、粉碎和过筛处理后制得的樟木粉末状颗粒。该生物吸附剂的粒径小于75 μm。

如图1所示，本发明生物吸附剂主要以木材加工厂的樟木屑为原料，通过以下步骤制备得到：

（1）收集木材加工厂的樟木屑，取500 g的樟木屑放入大烧杯中，加入去离子水进行洗提与过滤，反复3次，直至滤液变清澈无浑浊物，得到湿樟木屑。

（2）将上述得到的湿樟木屑，均匀的放入不锈钢托盘中，置于干燥箱中，温度调节为333 K，干燥24h至恒重，得到干樟木屑。

（3）利用高速粉碎机，将上述得到的干樟木屑粉碎成粉末状，过200目筛，制得本发明生物吸附剂。

利用上述方法制得的生物吸附剂去除废水中的孔雀石绿染料，并对不同pH条件下孔雀石绿染料的去除率进行对比，具体包括以下步骤：

（1）将生物吸附剂分别添加至8组孔雀石绿染料初始浓度为100 mg/L的废水中，每组废水的体积均为40mL；生物吸附剂的用量为1.75g/L。

（2）对上述各组废水进行振荡反应，各组废水的振荡反应pH值控制在2.3～9.3之间，振荡反应温度均为308 K，振荡反应转速均为160 rpm，振荡反应时间均为180 min。

（3）对上述振荡反应后的各组废水进行固液分离，分离出负载有孔雀石绿染料的生物吸附剂，完成对废水中孔雀石绿染料的去除。

测定各组废水样品中孔雀石绿染料的残余量，结果如图2所示。由图2可见，在pH值范围为6.5～7.5时，去除率达到90％以上。

实施例2：

利用实施例1中制得的生物吸附剂去除废水中的孔雀石绿染料，并对不同时间条件下生物吸附剂的吸附量进行对比，具体包括以下步骤：

（1）将生物吸附剂分别添加至3组孔雀石绿染料初始浓度分别为100 mg/L，200 mg/L，350 mg/L 的废水中，每组废水的体积均为500mL；生物吸附剂的用量为1.75g/L。

（2）对上述各组废水进行振荡反应，各组废水的振荡反应pH值均为7.0，振荡反应温度均为308 K，振荡反应转速均为160 rpm，振荡反应时间控制在1 min～300 min。

测定各组废水样品中孔雀石绿染料的残余量，结果如图3所示。由图3可见，振荡反应时间为30 min 时，吸附量接近平衡，随后缓慢上升，180 min 后达到饱和吸附。因此，在实际应用过程中，振荡反应时间一般不能少于30 min，本发明振荡反应时间优选为30 min～180 min。

实施例3：

利用实施例1中制得的生物吸附剂去除废水中的孔雀石绿染料，并与其它不同粒径的生物吸附剂的吸附量进行对比，具体包括以下步骤：

（1）将生物吸附剂分别添加至4组孔雀石绿染料初始浓度为100 mg/L的废水中，每组废水的体积均为40mL；生物吸附剂的用量为1.75g/L。

（2）对上述各组废水进行振荡反应，各组废水的振荡反应pH值均为7.0，振荡反应温度均为308 K，振荡反应转速均为160 rpm，生物吸附剂的粒径分别控制在380～250 μm，250～150 μm，150～75 μm，<75 μm，振荡反应时间均为180 min。

测定各组废水样品中孔雀石绿染料的残余量，结果如图4所示。由图4可见，不同粒径的生物吸附剂对孔雀石绿染料的去除效果有不同的影响。随着生物吸附剂粒径变小，其吸附量增加；生物吸附剂粒径越小，越有利于吸附，本发明生物吸附剂的粒径小于75 μm，其吸附量最大。

实施例4：

利用实施例1中制得的生物吸附剂去除废水中的孔雀石绿染料，并对不同温度条件下本发明生物吸附剂对不同初始浓度的孔雀石绿染料的吸附量进行对比，具体包括以下步骤：

（1）将生物吸附剂分别添加至孔雀石绿染料初始浓度为50，100，150，200，250，300，350，400，450，500 mg/L的废水中，每组废水的体积均为40mL；生物吸附剂的用量为1.75 g/L。

（2）对上述各组废水进行振荡反应，各组废水的振荡反应pH值均为7.0，振荡反应温度分别控制在298 K，308K，318K，振荡反应转速均为160 rpm，振荡反应时间均为180 min。

测定各组废水样品中孔雀石绿染料的残余量，结果如图5所示。由图5可见，单位质量的生物吸附剂对孔雀石绿染料的吸附量，随初始孔雀石绿染料的浓度增加而增加。同时可以看出，高温有利于振荡反应，利于提高生物吸附剂的吸附量。本发明生物吸附剂，当温度为298 K时，对孔雀石绿染料的吸附量可达到117 mg/g；其中，对孔雀石绿染料的最大吸附量可达到140 mg/g。

实施例5：

利用实施例1中制得的生物吸附剂去除废水中的孔雀石绿染料，并对不同用量的本发明生物吸附剂条件下孔雀石绿染料的去除率进行对比，具体包括以下步骤：

（1）将生物吸附剂分别添加至6组孔雀石绿染料初始浓度为100 mg/L的废水中，每组废水的体积均为40mL；生物吸附剂的用量分别为0.25 g/L，0.75 g/L，1.25 g/L，1.75 g/L，2.5 g/L，3.0 g/L。

（2）对上述各组废水进行振荡反应，各组废水的振荡反应pH值均为7.0，振荡反应温度均为308 K，振荡反应转速均为160 rpm，振荡反应时间均为180 min。

测定各组废水样品中孔雀石绿染料的残余量，结果如图6所示。由图6可见，随着生物吸附剂用量的增加，孔雀石绿染料的去除率也增加。当本发明生物吸附剂的用量为1.75g/L时，孔雀石绿染料的去除率达到 96.42%；当本发明生物吸附剂的用量为3g/L时，孔雀石绿染料的去除率达到99.97%。

实施例6：

利用实施例1中制得的生物吸附剂去除废水中的孔雀石绿染料，然后进行孔雀石绿染料的回收和本发明吸附剂的循环再生，具体包括以下步骤：

（1）将生物吸附剂添加至40mL孔雀石绿染料初始浓度为100 mg/L的废水中，生物吸附剂的用量为1.75 g/L；对上述废水进行振荡反应，各组废水的振荡反应pH值为7.0，振荡反应温度为308K，振荡反应转速为160 rpm，振荡反应时间为180 min；对上述振荡反应后的各组废水进行固液分离，分离得到负载有孔雀石绿染料的湿生物吸附剂，完成对废水中孔雀石绿染料的去除。经本发明生物吸附剂处理后的滤液可直接排入城市污水管网系统。

（2）将上述负载有孔雀石绿染料的湿生物吸附剂放入干燥箱中，调节温度为333 K，烘干至恒重，得到负载有孔雀石绿染料的干生物吸附剂。

（3）向5个反应器中分别加入40mL 0.1mol/L 盐酸，0.1mol/L氢氧化钠，0.1mol/L乙酸，0.1mol/L乙醇和去离子水，然后分别加入上述负载有孔雀石绿染料的干生物吸附剂，振荡反应24h，滤除吸附剂，完成解吸过程。

测定上述各组样品中孔雀石绿染料的含量，不同洗脱剂对孔雀石绿染料的解析率分别为54.6%，3.63%，84.5%，85.2%和1.5%。由此可见，盐酸、乙酸或乙醇可作为良好的洗脱剂，可实现对染料的回收和吸附剂的循环再生。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种生物吸附剂，其特征在于，所述生物吸附剂是以樟木屑为原料，通过洗提、干燥、粉碎和过筛处理后制得的樟木粉末状颗粒。

2.根据权利要求1所述的生物吸附剂，其特征在于，所述生物吸附剂的粒径小于75 μm。

3.一种如权利要求1或2所述生物吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将樟木屑先用去离子水进行洗提与过滤，直至滤液变清澈无浑浊物，得到湿樟木屑；然后将上述湿樟木屑干燥至恒重，得到干樟木屑；最后将上述干樟木屑粉碎成粉末状，过200目筛，即得生物吸附剂。

4.根据权利要求3所述的生物吸附剂的制备方法，其特征在于，所述洗提与过滤次数为3～4次，所述干燥的温度为323 K～343 K。

5.一种使用权利要求1或2所述的生物吸附剂或权利要求3或4所述生物吸附剂的制备方法制备的生物吸附剂去除废水中孔雀石绿染料的方法，其特征在于，包括以下步骤：将所述生物吸附剂与含有孔雀石绿染料的废水混合均匀，然后进行振荡反应和固液分离，分离得到负载有孔雀石绿染料的生物吸附剂，完成对废水中孔雀石绿染料的去除；所述生物吸附剂与所述废水中孔雀石绿染料的质量比为17.5～30.0。

6.根据权利要求5所述的生物吸附剂去除废水中孔雀石绿染料的方法，其特征在于，所述振荡反应条件：振荡反应pH为6.5～7.5，振荡反应温度为298 K～318 K，振荡反应时间为30～180min，振荡反应转速为160～180 rpm。

7.根据权利要求5或6所述的生物吸附剂去除废水中孔雀石绿染料的方法，其特征在于，将所述负载有孔雀石绿染料的生物吸附剂进行烘干至恒重，加入洗脱剂，再进行振荡解吸反应，然后过滤，得到再生的生物吸附剂和回收的孔雀石绿染料。

8.根据权利要求7所述的生物吸附剂去除废水中孔雀石绿染料的方法，其特征在于，所述洗脱剂为盐酸、乙酸或乙醇的一种或两种或三种。