CN105032369A - 一种竹纤维/蒙脱石复合吸附材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种竹纤维/蒙脱石复合吸附材料，属于水污染处理修复材料领域。本发明是以竹纤维和蒙脱石制成的复合材料作为吸附基体，并以鸡蛋壳为原料制得碳羟磷灰石粉末，通过正弦交流电对其进行活化使之附着在吸附基体上，不仅从含重金属铅水溶液中吸附重金属铅离子、具有良好的吸附性，而且吸附后的复合吸附材料可以自行进行生物降解，对于环境没有任何污染。实例证明，本发明方法独特新颖，将此竹纤维/蒙脱石复合吸附材料直接投入到待处理的含重金属铅离子量极高的污水中，投加量为30～50mg/L，经过6～12h的吸附，过滤，即可得到含铅离子0.03mg/L以下的清水，使得铅离子去除率达到92％以上，达到国家污水排放标准。
Description
技术领域
本发明涉及一种竹纤维/蒙脱石复合吸附材料，属于水污染处理修复材料领域。
背景技术
铅被认为是与铬、汞、镍并列为四种主要污染物质之一。据调查，我国有铅等重金属污染的水源面积近2000万hm2，约占我国水源总面积的1/5，而许多城市和工矿区的土壤也都受到不同程度的铅污染。土壤中的铅主要是通过食物链或直接通过人的口部无意地摄入、呼吸和皮肤接触进入人体。铅是一种严重危害人类健康的重金属元素，它可影响神经、造血、消化、泌尿、生殖和发育、心血管、内分泌、免疫、骨骼等各类系统和器官，主要的靶器官是神经系统和造血系统。由于儿童自身的行为特点和生理特征，使得儿童铅中毒的机率是成人的30倍。由于人类对食物链途径的有效控制，从口部无意摄入的铅对人体，特别是对儿童摄入铅的总量的贡献率将越来越大，甚至可能成为最主要的来源之一。尤其工业废水中铅污染程度非常强，对于人体一样有着非常严重的伤害，因此去除重金属铅污染已经成为全球普遍关注的研究热点之一，成为当今和今后一个时期环境保护的大事，对保障人体健康有着重要的意义。
目前重金属废水处理技术主要有化学法、生物法和吸附法等。其中常用的生物法是指利用某些生物体本身的化学结构及成分特性，吸附溶于水中的化学污染物，通过固液两相分离来去除溶液中的污染物的方法，但是该方法吸附效果差，去除率比较低；另外化学法主要是用化学试剂进行吸附，对于环境有着严重的污染；因吸附材料比表面积大，吸附能力强，适合处理水量大、含多种重金属离子的低浓度废水等优点，吸附法一直受到人们的广泛关注，但是在实际处理过程中，一些吸附材料不仅去除率低，而且不可自行进行生物降解，达不到理想的去除效果。
发明内容
本发明主要解决的技术问题：针对目前工业废水中重金属铅含量严重超标危害了人体健康，传统的吸附法在处理过程中不仅去除率比较低，而且不可自行进行生物降解的弊端，提供了一种竹纤维/蒙脱石复合吸附材料，该方法是以竹纤维和蒙脱石制成的复合材料作为吸附基体，并以鸡蛋壳为原料制得碳羟磷灰石粉末，通过正弦交流电对其进行活化使之附着在吸附基体上，不仅从含重金属铅水溶液中吸附重金属铅离子、具有良好的吸附性，而且吸附后的复合吸附材料可以自行进行生物降解，对于环境没有任何污染。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
（1）取1～2kg竹子的青篾投入粉碎机，粉碎成5～10cm的小段，将其投入70～100℃的烘箱中烘烤1～3h后，通过人工手撕抽取竹麻，将得到的竹麻放入浓度为0.2～0.4mol/L的盐酸溶液中浸泡1～3h后取出，自然风干，再将其浸入浓度为0.3～0.5mol/L的氢氧化钠溶液中浸泡1～3h后，自然风干；
（2）将风干后的竹麻用10～15％的漂白粉溶液漂洗30～60min后，取出，在其表面均匀喷洒乳化油，放入发酵罐在28～38℃下密封发酵10～15天，发酵完成后取出用去离子水冲洗直至其pH达到6～8，之后移入烘箱在50～60℃下烘干，用梳切机将其梳理切短，制成竹纤维备用；
（3）取100～200g蒙脱石放入粉碎机中粉碎，过100目钢筛，得到蒙脱石粉末，将其加入到300～400mL去离子水中，用超声振荡器振荡10～20min，形成蒙脱石混合液；
（4）将蒙脱石混合液降温到0℃，在冰水浴的条件下加入质量比例为1:1的尿素和竹纤维并搅拌均匀，在－20～－10℃下冷冻1～3h，之后在室温下解冻，继续搅拌20～30min，得到膨胀的湿态竹纤维/蒙脱石复合纤维，在室温下将其晾干，再用烘箱烘干，得到干燥复合纤维，备用，烘箱温度为50～60℃；
（5）取10～20g鸡蛋壳磨成粉末，过30目筛，按摩尔质量比为1：1的比例加入到磷酸溶液中并控制pH值在1～3，在30～40℃反应2～3h，过滤去除不溶物，按照1：1的比例添加尿素和氢氧化钙粉末，用0.2～0.3mol/L的氢氧化钠溶液调节pH值在9～12，在50～60℃条件下热处理12～24h，反应产物经冷却后，用1％的氯化铵溶液洗涤至中性，在60℃下干燥并粉碎得到碳羟磷灰石粉末；
（6）将膨胀多孔的干燥复合纤维和碳羟磷灰石粉末混合均匀，两者质量比为1:80～1:100，再用正弦交流电对混合物进行活化处理，经活化处理后的带有碳酸根的非球状大颗粒附着在复合纤维表面，即得一种竹纤维/蒙脱石复合吸附材料。
本发明的应用方法：将所制成的竹纤维/蒙脱石复合吸附材料均匀铺满孔径小于其粒径的吸附过滤网上，让待处理的工业废水流过，使得废水中的重金属铅被所制成的吸附材料吸附，测得吸附后的水质达到污水排放标准即可。
本发明的应用方法是：将此竹纤维/蒙脱石复合吸附材料直接投入到待处理的含重金属铅离子量极高的污水中，投加量为30～50mg/L，经过6～12h的吸附，过滤，即可得到含铅离子0.03mg/L以下的清水，使得铅离子去除率达到92％以上，达到国家污水排放标准。
本发明的有益效果是：
（1）可以自行生物降解，无需吸附后取出；
（2）吸附效果好，去除率比较高，使得吸附后的水质达到污水排放标准；
（3）操作比较方便，不需要特定的环境，对于环境没有任何特别的要求。
具体实施方式
首先取1～2kg竹子的青篾投入粉碎机，粉碎成5～10cm的小段，将其投入70～100℃的烘箱中烘烤1～3h后，通过人工手撕抽取竹麻，将得到的竹麻放入浓度为0.2～0.4mol/L的盐酸溶液中浸泡1～3h后取出，自然风干，再将其浸入浓度为0.3～0.5mol/L的氢氧化钠溶液中浸泡1～3h后，自然风干；然后将风干后的竹麻用10～15％的漂白粉溶液漂洗30～60min后，取出，在其表面均匀喷洒乳化油，放入发酵罐在28～38℃下密封发酵10～15天，发酵完成后取出用去离子水冲洗直至其pH达到6～8，之后移入烘箱在50～60℃下烘干，用梳切机将其梳理切短，制成竹纤维备用；接下来取100～200g蒙脱石放入粉碎机中粉碎，过100目钢筛，得到蒙脱石粉末，将其加入到300～400mL去离子水中，用超声振荡器振荡10～20min，形成蒙脱石混合液；随后将蒙脱石混合液降温到0℃，在冰水浴的条件下加入质量比例为1:1的尿素和竹纤维并搅拌均匀，在－20～－10℃下冷冻1～3h，之后在室温下解冻，继续搅拌20～30min，得到膨胀的湿态竹纤维/蒙脱石复合纤维，在室温下将其晾干，再用烘箱烘干，得到干燥复合纤维，备用，烘箱温度为50～60℃；取10～20g鸡蛋壳磨成粉末，过30目筛，按摩尔质量比为1：1的比例加入到磷酸溶液中并控制pH值在1～3，在30～40℃反应2～3h，过滤去除不溶物，按照1：1的比例添加尿素和氢氧化钙粉末，用0.2～0.3mol/L的氢氧化钠溶液调节pH值在9～12，在50～60℃条件下热处理12～24h，反应产物经冷却后，用1％的氯化铵溶液洗涤至中性，在60℃下干燥并粉碎得到碳羟磷灰石粉末；最后将膨胀多孔的干燥复合纤维和碳羟磷灰石粉末混合均匀，两者质量比为1:80～1:100，再用正弦交流电对混合物进行活化处理，经活化处理后的带有碳酸根的非球状大颗粒附着在复合纤维表面，即得一种竹纤维/蒙脱石复合吸附材料。
首先取1kg竹子的青篾投入粉碎机，粉碎成5cm的小段，将其投入70℃的烘箱中烘烤1h后，通过人工手撕抽取竹麻，将得到的竹麻放入浓度为0.2mol/L的盐酸溶液中浸泡1h后取出，自然风干，再将其浸入浓度为0.3mol/L的氢氧化钠溶液中浸泡1h后，自然风干；然后将风干后的竹麻用10％的漂白粉溶液漂洗30min后，取出，在其表面均匀喷洒乳化油，放入发酵罐在28℃下密封发酵10天，发酵完成后取出用去离子水冲洗直至其pH达到6，之后移入烘箱在50℃下烘干，用梳切机将其梳理切短，制成竹纤维备用；接下来取100g蒙脱石放入粉碎机中粉碎，过100目钢筛，得到蒙脱石粉末，将其加入到300mL去离子水中，用超声振荡器振荡10min，形成蒙脱石混合液；随后将蒙脱石混合液降温到0℃，在冰水浴的条件下加入质量比例为1:1的尿素和竹纤维并搅拌均匀，在－20℃下冷冻1h，之后在室温下解冻，继续搅拌20min，得到膨胀的湿态竹纤维/蒙脱石复合纤维，在室温下将其晾干，再用烘箱烘干，得到干燥复合纤维，备用，烘箱温度为50℃；取10g鸡蛋壳磨成粉末，过30目筛，按摩尔质量比为1：1的比例加入到磷酸溶液中并控制pH值在1，在30℃反应2h，过滤去除不溶物，按照1：1的比例添加尿素和氢氧化钙粉末，用0.2mol/L的氢氧化钠溶液调节pH值在9，在50℃条件下热处理12h，反应产物经冷却后，用1％的氯化铵溶液洗涤至中性，在60℃下干燥并粉碎得到碳羟磷灰石粉末；最后将膨胀多孔的干燥复合纤维和碳羟磷灰石粉末混合均匀，两者质量比为1:80，再用正弦交流电对混合物进行活化处理，经活化处理后的带有碳酸根的非球状大颗粒附着在复合纤维表面，即得一种竹纤维/蒙脱石复合吸附材料。
本实例操作简单易行，将此竹纤维/蒙脱石复合吸附材料直接投入到待处理的含重金属铅离子量极高的污水中，投加量为30mg/L，经过6h的吸附，过滤，即可得到含铅离子0.03mg/L以下的清水，使得铅离子去除率达到92％，达到国家污水排放标准。
首先取1.5kg竹子的青篾投入粉碎机，粉碎成5cm的小段，将其投入85℃的烘箱中烘烤2h后，通过人工手撕抽取竹麻，将得到的竹麻放入浓度为0.3mol/L的盐酸溶液中浸泡2h后取出，自然风干，再将其浸入浓度为0.4mol/L的氢氧化钠溶液中浸泡2h后，自然风干；然后将风干后的竹麻用13％的漂白粉溶液漂洗40min后，取出，在其表面均匀喷洒乳化油，放入发酵罐在30℃下密封发酵12天，发酵完成后取出用去离子水冲洗直至其pH达到7，之后移入烘箱在55℃下烘干，用梳切机将其梳理切短，制成竹纤维备用；接下来取150g蒙脱石放入粉碎机中粉碎，过100目钢筛，得到蒙脱石粉末，将其加入到350mL去离子水中，用超声振荡器振荡15min，形成蒙脱石混合液；随后将蒙脱石混合液降温到0℃，在冰水浴的条件下加入质量比例为1:1的尿素和竹纤维并搅拌均匀，在－15℃下冷冻2h，之后在室温下解冻，继续搅拌25min，得到膨胀的湿态竹纤维/蒙脱石复合纤维，在室温下将其晾干，再用烘箱烘干，得到干燥复合纤维，备用，烘箱温度为55℃；取15g鸡蛋壳磨成粉末，过30目筛，按摩尔质量比为1：1的比例加入到磷酸溶液中并控制pH值在2，在35℃反应2.5h，过滤去除不溶物，按照1：1的比例添加尿素和氢氧化钙粉末，用0.25mol/L的氢氧化钠溶液调节pH值在10，在55℃条件下热处理20h，反应产物经冷却后，用1％的氯化铵溶液洗涤至中性，在60℃下干燥并粉碎得到碳羟磷灰石粉末；最后将膨胀多孔的干燥复合纤维和碳羟磷灰石粉末混合均匀，两者质量比为1:90，再用正弦交流电对混合物进行活化处理，经活化处理后的带有碳酸根的非球状大颗粒附着在复合纤维表面，即得一种竹纤维/蒙脱石复合吸附材料。
本实例操作简单易行，将此竹纤维/蒙脱石复合吸附材料直接投入到待处理的含重金属铅离子量极高的污水中，投加量为40mg/L，经过10h的吸附，过滤，即可得到含铅离子0.02mg/L以下的清水，使得铅离子去除率达到94％以上，达到国家污水排放标准。
首先取2kg竹子的青篾投入粉碎机，粉碎成10cm的小段，将其投入100℃的烘箱中烘烤3h后，通过人工手撕抽取竹麻，将得到的竹麻放入浓度为0.4mol/L的盐酸溶液中浸泡3h后取出，自然风干，再将其浸入浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液中浸泡3h后，自然风干；然后将风干后的竹麻用15％的漂白粉溶液漂洗60min后，取出，在其表面均匀喷洒乳化油，放入发酵罐在38℃下密封发酵15天，发酵完成后取出用去离子水冲洗直至其pH达到8，之后移入烘箱在60℃下烘干，用梳切机将其梳理切短，制成竹纤维备用；接下来取200g蒙脱石放入粉碎机中粉碎，过100目钢筛，得到蒙脱石粉末，将其加入到400mL去离子水中，用超声振荡器振荡20min，形成蒙脱石混合液；随后将蒙脱石混合液降温到0℃，在冰水浴的条件下加入质量比例为1:1的尿素和竹纤维并搅拌均匀，在－10℃下冷冻3h，之后在室温下解冻，继续搅拌30min，得到膨胀的湿态竹纤维/蒙脱石复合纤维，在室温下将其晾干，再用烘箱烘干，得到干燥复合纤维，备用，烘箱温度为60℃；取20g鸡蛋壳磨成粉末，过30目筛，按摩尔质量比为1：1的比例加入到磷酸溶液中并控制pH值在3，在40℃反应3h，过滤去除不溶物，按照1：1的比例添加尿素和氢氧化钙粉末，用0.3mol/L的氢氧化钠溶液调节pH值在12，在60℃条件下热处理24h，反应产物经冷却后，用1％的氯化铵溶液洗涤至中性，在60℃下干燥并粉碎得到碳羟磷灰石粉末；最后将膨胀多孔的干燥复合纤维和碳羟磷灰石粉末混合均匀，两者质量比为1:100，再用正弦交流电对混合物进行活化处理，经活化处理后的带有碳酸根的非球状大颗粒附着在复合纤维表面，即得一种竹纤维/蒙脱石复合吸附材料。
本实例操作简单易行，将此竹纤维/蒙脱石复合吸附材料直接投入到待处理的含重金属铅离子量极高的污水中，投加量为50mg/L，经过12h的吸附，过滤，即可得到含铅离子0.01mg/L以下的清水，使得铅离子去除率达到96％以上，达到国家污水排放标准。
Claims (1)
1.一种竹纤维/蒙脱石复合吸附材料，其特征在于具体制备步骤为：
（1）取1～2kg竹子的青篾投入粉碎机，粉碎成5～10cm的小段，将其投入70～100℃的烘箱中烘烤1～3h后，通过人工手撕抽取竹麻，将得到的竹麻放入浓度为0.2～0.4mol/L的盐酸溶液中浸泡1～3h后取出，自然风干，再将其浸入浓度为0.3～0.5mol/L的氢氧化钠溶液中浸泡1～3h后，自然风干；
（2）将风干后的竹麻用10～15％的漂白粉溶液漂洗30～60min后，取出，在其表面均匀喷洒乳化油，放入发酵罐在28～38℃下密封发酵10～15天，发酵完成后取出用去离子水冲洗直至其pH达到6～8，之后移入烘箱在50～60℃下烘干，用梳切机将其梳理切短，制成竹纤维备用；
（3）取100～200g蒙脱石放入粉碎机中粉碎，过100目钢筛，得到蒙脱石粉末，将其加入到300～400mL去离子水中，用超声振荡器振荡10～20min，形成蒙脱石混合液；
（4）将蒙脱石混合液降温到0℃，在冰水浴的条件下加入质量比例为1:1的尿素和竹纤维并搅拌均匀，在－20～－10℃下冷冻1～3h，之后在室温下解冻，继续搅拌20～30min，得到膨胀的湿态竹纤维/蒙脱石复合纤维，在室温下将其晾干，再用烘箱烘干，得到干燥复合纤维，备用，烘箱温度为50～60℃；
（5）取10～20g鸡蛋壳磨成粉末，过30目筛，按摩尔质量比为1：1的比例加入到磷酸溶液中并控制pH值在1～3，在30～40℃反应2～3h，过滤去除不溶物，按照1：1的比例添加尿素和氢氧化钙粉末，用0.2～0.3mol/L的氢氧化钠溶液调节pH值在9～12，在50～60℃条件下热处理12～24h，反应产物经冷却后，用1％的氯化铵溶液洗涤至中性，在60℃下干燥并粉碎得到碳羟磷灰石粉末；
（6）将膨胀多孔的干燥复合纤维和碳羟磷灰石粉末混合均匀，两者质量比为1:80～1:100，再用正弦交流电对混合物进行活化处理，经活化处理后的带有碳酸根的非球状大颗粒附着在复合纤维表面，即得一种竹纤维/蒙脱石复合吸附材料。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20151111 |
|
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |