CN105056902B - 一种利用改性烟草秸秆处理含阴离子污染物废水的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于水污染防治中的水处理技术领域，具体为一种利用改性烟草秸秆处理含阴离子污染物废水的方法。该方法采用有机‑无机阳离子单体接枝共聚进行秸秆纤维改性，首先用氢氧化钠溶液对烟草秸秆进行预处理分离出秸秆纤维素，然后在N2保护环境下，以硝酸铈铵为引发剂，将预处理后的烟草秸秆与二甲基二烯丙基氯化铵和硫酸铝进行接枝共聚反应，制备秸秆改性材料，再利用此改性材料分别对水体中有机阴离子污染物和无机阴离子污染物的去除，最终实现含阴离子污染物废水的处理。本技术方案具有良好的吸附效果、阴离子污染物脱除能力强、使用方便、节约成本；不仅解决了农业秸秆的资源化利用，同时也可以实现对废水中阴离子污染物的脱除处理。
Description
技术领域
本发明属于水污染防治中的水处理技术领域，特别涉及含阴离子污染物废水的处理，具体为一种利用改性烟草秸秆处理含阴离子污染物废水的方法。
背景技术
近年来，随着粮食的增产，植物秸秆数量大幅增加，我国农作物秸秆年产量约7亿t标煤。同时，随着我国产业结构的不断调整，生活中使用秸秆大幅度减少，导致大量农用秸秆剩余而被田间焚烧或随地丢弃。以烟草秸秆为例,全国烟区每年约产生烟草秸秆4500kt,总体利用率很低,多数被露天焚烧,既浪费资源又污染大气。目前，我国秸秆的总体利用率仅为33％，其中经过技术处理的仅占2.6％左右。因此，开发新技术，提高农业秸秆的综合利用率，变废为宝，对改善资源紧缺问题和保护生态环境具有重大的现实意义。
农作物秸秆来源丰富、价格低廉、可生物降解，不仅含有植物生长所需的各种营养成分，同时含有丰富的有机物，从而决定植物秸秆具有巨大的潜在应用价值。秸秆本身具有多孔、比表面积大、比重小等优点，具有一定的亲和性，但是吸附能力并不强，秸秆的主要组成部分纤维素和木质素上含有多种羟基、羧基等活性官能团，可对其进行醚化、酯化等化学改性，引入相应的作用基团。因此，对秸秆进行改性及实用性研究逐渐受到学者们的亲睐。其中，将秸秆改性应用于废水处理是当前废弃物资源化利用和废水治理研究领域的一大热点。目前，秸秆改性在水处理方面的应用主要集中在以下几个方面：(1)新型絮凝剂；(2)功能吸附剂；(3)离子交换剂。
然而，决定改性秸秆应用功能的理化特性却受原料和改性条件等调控。首先，就原料而言，包括秸秆种类和改性试剂。来源广泛的农业秸秆资源在组分和性质方面各异，通常木本材料木质素含量较高；而禾本植物纤维素和半纤维素含量较高，孔隙较高。此外，改性产物因改性剂的不同而差异很大，一般阳离子改性剂产生的改性产物具有阳离子特性，阴离子改性剂产物具有阴离子性质。其次，改性条件主要包括反应物配比、反应温度和反应时间。不同原料配比制备的改性秸秆各部分有效组分差异较大，因而其理化性质也不尽相同。秸秆各组分以及反应原料的温度敏感点和热稳定性不一，通常，低温下各原料试剂反应活性不够强，改性反应不够充分；温度过高也可能导致一些官能团的破坏或者引发副反应。因此，控制一个合适的温度范围对改性反应的有序进行非常重要。反应时间主要影响改性反应的程度，时间太短，改性反应不完全而无法获得有效的产物；时间过长不仅浪费材料和时间，同时也可能会导致副反应的进行而降低产率。因而控制合理的反应时间对改性产物的理化性质具有重大意义。总之，造成秸秆改性产物性质差异的因素很多，农业秸秆的改性应该有的放矢的进行，应根据具体的需求进一步开发。
随着工业的迅速发展，废水污染问题日益严重，水中污染物种类也越来越复杂、难降解。从污染物电负性上可将其分为阴离子和阳离子污染物两类，其中阴离子污染物又分为有机阴离子污染物和无机阴离子污染物；阳离子污染物分为有机阳离子污染物和无机阳离子污染物。不同类型的污染物的处理方法与原理不尽相同，目前，使用最多、技术成熟且廉价的便是吸附法。对吸附剂的研究更是层出不穷,但是分废水性质而研发专属吸附剂的研究却较为少见。因此，针对特征污染物，研发出高效实用的专属吸附剂是当前水处理技术的关键。
综上所述，以废弃烟草秸秆为原料，制备阳离子型吸附剂，主要用于对水中阴离子污染物的专属吸附的研究在废弃物资源化利用和废水治理方面具有重大意义。
发明内容
本发明的目的是将废弃烟草秸秆进行阳离子改性，通过对废水中不同阴离子的吸附脱除处理，达到资源再利用。本发明具有原料来源广泛，工艺简单易控制，产品吸附效果好等优点。
为了实现上述目的，采用的技术方案如下：
一种利用改性烟草秸秆处理含阴离子污染物废水的方法，首先用氢氧化钠溶液对烟草秸秆进行预处理分离出秸秆纤维素，然后在N2保护环境下，以硝酸铈铵为引发剂，将预处理烟草秸秆与二甲基二烯丙基氯化铵(DADMAC)和硫酸铝进行接枝共聚反应，制备秸秆改性材料，再利用此改性材料分别对水体中有机阴离子污染物(刚果红染料)和无机阴离子污染物(P-PO4 3-)的去除，最终实现含阴离子污染物废水的处理。预处理烟草秸秆与DADMAC(60％水溶液)及Al2(SO4)3分别以投加比为1g/4mL和1g/2g进行混合反应。所述的氢氧化钠的质量百分含量为10％。
烟草秸秆主要是由纤维素、半纤维素、木质素构成，通过粉碎、碱润涨等预处理，不仅可以溶解出半纤维素、木质素、杂质等，还可使秸秆纤维素的形态和细微结构发生变化，从而提高纤维素的反应性能，而秸秆纤维素每个基环上均具有三个醇羟基，这些活性羟基使纤维素可以与其它活性单体发生化学反应，将预处理后的秸秆与无机-有机阳离子单体复合聚合反应，得到的产物可以用于含阴离子污染物废水的处理。
改性秸秆所用原材料为烟草秸秆，其组分分析和工业分析见表1。
表1烟草秸秆组分分析和工业分析
利用改性烟草秸秆处理溶液中不同种类的阴离子污染物，有机阴离子污染物以刚果红染料模拟废水为代表，无机阴离子污染物以磷酸二氢钾配制的P-PO4 3-模拟废水为代表。
利用改性秸秆分别处理浓度为100mg/L的刚果红染料废水和浓度为20mg/L的P-PO4 3-(以P计)模拟废水。在废水取量为25mL，反应温度为20℃(室温)时，改性秸秆投加量为0.002～0.050g、废水pH为3～11、反应时间为2min～48h条件范围内，改性秸秆对刚果红的最高去除率可以达到99％以上，吸附量可达230mg/g；当改性秸秆投加量为0.002～0.200g、废水pH为3～11、反应时间为2min～48h条件范围内，改性秸秆对P-PO4 3-的最高去除率可达70％以上，吸附量可达18mg/g。其中，在0.01g改性秸秆投加量下，对刚果红的吸附在4h已达到表观平衡，对P的吸附在36h基本达到表观平衡。
在20℃温度下对改性秸秆分别进行刚果红和P-PO4 3-废水的等温吸附试验，其中，刚果红浓度范围为：10～1000mg/L；P-PO4 3-浓度范围为：1～1000mg/L。采用Langmuir和Freundlich等温模型对试验结果进行拟合，发现两个模型对刚果红和P吸附拟合的相关性系数(R2)均大于0.9，且Langmuir的R2大于Freundlich的R2，说明两种模型对于改性秸秆对水体中刚果红和P的吸附都具有较好的拟合效果，且改性秸秆对两种污染物的吸附更符合Langmuir吸附等温式，表明改性秸秆对刚果红和P的吸附是介于单层或多层吸附之间，且改性秸秆的吸附表面具有不均匀性。Freundlich模型拟合所得的n值均大于1，说明改性秸秆对刚果红和P的吸附强度较高，具有稳定的吸附效果。
秸秆预处理的具体步骤为：称取一定量过60目筛的烟草秸秆于反应器中，按照液料比为15:1(mL:g)添加一定量质量浓度为10％的NaOH和质量浓度为3％的H2O2(其中NaOH与H2O2体积比为5:1)，搅拌混合均匀，于恒温水浴锅中50℃浸泡活化4～5h。然后抽滤，用蒸馏水清洗直至中性，65℃烘干，备用。
秸秆改性的具体步骤为：称取经预处理后的秸秆5g于250mL三角瓶，加80mL蒸馏水浸润，然后加入Al2(SO4)3和DADMAC，搅拌混匀，再加入催化引发剂硝酸铈铵，搅匀。通氮气约10min，并保持在N2环境下，调控温度，反应一段时间。室温静置1～2h，先后用乙醇和蒸馏水洗涤干净，65℃烘干，即得烟草秸秆改性材料(命名为AD-MTS)。分别调控改性条件：预处理秸秆(TS):DADMAC(g/ml)为1:4～4:1、预处理秸秆：Al2(SO4)3(g/g)为1:4～4:1、反应温度为20～100℃、反应时间为1～5h、预处理秸秆：硝酸铈铵(g/g)为1:1～10:1，进行改性条件优化，得出最佳改性工艺条件为：TS：DADMAC(g/mL)为1：2，TS：Al2(SO4)3(g/g)为1：2，反应温度60℃、时间为2h，TS：硝酸铈铵比(g/g)为6：1。
改性秸秆实际应用：将制取的改性秸秆分别加入到100mg/L的刚果红染料废水和20mg/L的P-PO4 3-废水中，同时调节废水pH为3～11、改性秸秆投加量为0.002～0.200g、反应时间为2min～48h，改性秸秆对刚果红的最高去除率可以达到99％以上，吸附量可达230mg/g；改性秸秆对P-PO4 3-的最高去除率可达70％以上，吸附量可达18mg/g。其中，在0.01g改性秸秆投加量下，对刚果红的吸附在4h已达到表观平衡，对P的吸附在36h基本达到表观平衡。
本发明的积极效果为：
(一)本技术方案具有良好的吸附效果、吸附脱除阴离子污染物能力强、使用方便、节约成本；
(二)不仅解决了农业秸秆的资源化利用，同时也可以实现对含阴离子污染物废水的净化处理。
附图说明
图1为秸秆、改性秸秆、吸附刚果红饱和的改性秸秆和吸附P饱和的改性秸秆的红外光谱图。
图2为秸秆扫描电镜图。
图3为改性秸秆扫描电镜图。
图4为吸附刚果红饱和的改性秸秆扫描电镜图
图5为吸附P饱和的改性秸秆扫描电镜图
图6为秸秆Zata电位图
图7为改性秸秆Zata电位图
具体实施方式
以下结合具体实例，对本发明进行详细解释说明。
实施例1：
1、改性秸秆的制备
(1)烟草秸秆预处理
用自来水将烟草秸秆表面尘土洗净，置于烘箱中80℃烘干，切成3～5cm的小段、粉碎、过60目筛。按照液料比为15:1(mL:g)添加20.0g秸秆、250mL质量浓度为10％的NaOH、50mL质量浓度为3％的H2O2于500ml烧杯，搅拌混合均匀，于恒温水浴锅中50℃浸泡活化4～5h。然后抽滤，用蒸馏水清洗直至中性，65℃烘干至恒重，备用。
(2)烟草秸秆改性
①依次称取经(1)预处理后的秸秆5g于若干个不同标号的250mL三角瓶，加80mL蒸馏水浸润，然后加入5g Al2(SO4)3，搅拌溶解混匀，再分别量取DADMAC20mL、10mL、5mL、2.5mL和1.25mL加入到不同标号的三角瓶中，再添加引发剂硝酸铈铵0.833g，搅拌均匀。通氮气约10min，并保持在N2环境下，置于水浴温度为80℃，搅拌速度为400r/min的水浴锅中反应2h后，于室温下静置1～2h，然后分别用乙醇和蒸馏水对产物进行洗涤，65℃烘干至恒重。
②依次称取经(1)预处理后的秸秆5g于若干个不同标号的250mL三角瓶，加80mL蒸馏水浸润，分别称取Al2(SO4)3 20g、10g、5g、2.5g和1.25g加入到不同标号的三角瓶中，然后添加2.5mLDADMAC，搅拌混匀，再添加引发剂硝酸铈铵0.833g，搅拌均匀。通氮气约10min，并保持在N2环境下，置于水浴温度为80℃，搅拌速度为400r/min的水浴锅中反应2h后，于室温下静置1～2h，然后分别用乙醇和蒸馏水对产物进行洗涤，65℃烘干至恒重。
③依次称取经(1)预处理后的秸秆5g于若干个不同标号的250mL三角瓶，加80mL蒸馏水浸润，依次加入5g Al2(SO4)3和2.5mLDADMAC，搅拌混匀，再添加引发剂硝酸铈铵0.833g，搅拌均匀。通氮气约10min，并保持在N2环境下，分别调控水浴温度为20℃、40℃、60℃、80℃和100℃，搅拌速度为400r/min的水浴锅中反应2h后，于室温下静置1～2h，然后分别用乙醇和蒸馏水对产物进行洗涤，65℃烘干至恒重。
④依次称取经(1)预处理后的秸秆5g于若干个不同标号的250mL三角瓶，加80mL蒸馏水浸润，依次加入5g Al2(SO4)3和2.5mLDADMAC，搅拌混匀，再添加引发剂硝酸铈铵0.833g，搅拌均匀。通氮气约10min，并保持在N2环境下，置于水浴温度为80℃，搅拌速度为400r/min的水浴锅中，分别进行反应1h、2h、3h、4h和5h后，于室温下静置1～2h，然后分别用乙醇和蒸馏水对产物进行洗涤，65℃烘干至恒重。
⑤依次称取经(1)预处理后的秸秆5g于若干个不同标号的250mL三角瓶，加80mL蒸馏水浸润，依次加入5g Al2(SO4)3和2.5mLDADMAC，搅拌混匀，再分别添加引发剂硝酸铈铵5g、2.5g、1.25g、0.833g和0.5g，搅拌均匀。通氮气约10min，并保持在N2环境下，置于水浴温度为80℃，搅拌速度为400r/min的水浴锅中，反应2h后，于室温下静置1～2h，然后分别用乙醇和蒸馏水对产物进行洗涤，65℃烘干至恒重。
⑥用①～⑤制取的改性秸秆对浓度为50mg/L的刚果红染料废水进行处理试验，探索各单因素对改性产物吸附性能的影响，并找出主要影响因素进行正交优化试验。具体试验结果见表2～表6。
表2 DADMAC投加量单因素处理分析
表3 Al2(SO4)3投加量单因素处理分析
表4反应温度单因素处理分析
表5反应时间单因素处理分析
表6引发剂投加量单因素处理分析
通过对改性剂DADMAC和Al2(SO4)3的投加量、反应温度、反应时间以及引发剂硝酸铈铵的投加量等单因素处理试验结果分析可知，Al2(SO4)3投加量、DADMAC投加量和反应温度三个因素在制备实验过程中，随着变量改变，制得的改性材料对刚果红的脱色率变幅大，受因素影响较明显，故此三种因素为影响改性产物吸附性能的主要因素。由单因素试验结果并结合实际操作，选定其它非主要因素的适宜条件分别为：反应时间为2h，预处理秸秆：硝酸铈铵质量比(g/g)为6：1，即在此试验中硝酸铈铵投加量为0.833g，以Al2(SO4)3投加量、DADMAC投加量和反应温度为主要因素进行正交试验。正交试验因素水平表设置如表7，正交试验结果见表8。
表7正交试验因素水平表
表8改性烟草秸秆制备正交试验结果
结合以上单因素试验和正交试验结果，优化出秸秆改性的最佳制备工艺条件为：TS：DADMAC(g/mL)为1：2，TS：Al2(SO4)3(g/g)为1：2，反应温度60℃，反应时间为2h，TS：硝酸铈铵(g/g)为6：1。
采用二甲基二烯丙基氯化铵和铝盐与秸秆纤维素反应制取改性秸秆，这是因为二甲基二烯丙基氯化铵作为一种清洁无毒的季铵型有机阳离子单体，具有良好的电中和、吸附、絮凝、净化、脱色作用，其分子结构中含有烯基双键，能与其它单体或者大分子共聚生成高分子物质。同时铝盐也是水处理剂的常用原料之一，具有良好的絮凝、脱色效果，一定条件下也可与其它单体或者高分子物质发生聚合反应。采用有机-无机阳离子单体与秸秆纤维素复合聚合反应，可向纤维素长链引入阳离子基团与无机Al，实现秸秆纤维的无机-有机阳离子改性。此外，在秸秆预处理阶段，为了提高秸秆脱木质素能力、增强纤维素活性，在反应体系中加入一定浓度的双氧水(H2O2)。
2、改性秸秆对染料废水处理实例
(1)刚果红染料废水处理
刚果红染料废水为实验室配制的模拟染料废水。改性秸秆为在最佳改性工艺条件下制备获得。
①改性秸秆投加量对刚果红去除效果的影响。取若干个50mL三角瓶并编号，分别加入0.002g、0.005g、0.010g、0.020g、0.030g、0.050g和0.100g的改性秸秆，然后加入25mL浓度为100mg/L的刚果红溶液。放入摇床中，在20℃温度(室温)下，以150r/min的速率振荡2h。离心分离，取上清液用分光光度计测定吸光度，进而计算废水中染料去除率和吸附量(见表9)。
表9改性秸秆投加量对刚果红染料去除的影响
②废水pH对刚果红去除效果的影响。取若干个50mL三角瓶并编号，加入0.010g改性秸秆，然后分别加入已经调节废水pH依次为3.00、5.00、7.00、9.00、11.00的100mg/L的刚果红溶液25mL。放入摇床中，在20℃温度下，以150r/min的速率振荡2h。离心分离，取上清液用分光光度计测定吸光度，进而计算废水中染料去除率和吸附量(见表10)。
表10废水pH对刚果红染料去除的影响
③废水处理的反应时间对刚果红去除效果的影响。取若干个50mL三角瓶并编号，加入0.010g改性秸秆，然后分别加入25mL浓度为100mg/L的刚果红溶液。放入摇床中，在20℃温度下，以150r/min的速率依次振荡2min、5min、10min、20min、30min、1h、1.5h、2h、3h、4h、8h、12h、24h、36h和48h。离心分离，取上清液用分光光度计测定吸光度，进而计算废水中染料去除率和吸附量(见表11)，并采用拟一级动力学模型[式(1)]和拟二级动力学模型[式(2)]对试验结果进行拟合(见表12)。
ln(qe-qt)＝-k1t+lnqe (1)
式中，k1为拟一级动力学常数，min-1；k2为拟二级动力学常数，g.(mg.min)-1；qt为吸附过程的瞬时吸附量，mg.g-1。
表11反应时间对刚果红染料去除的影响
表12不同动力学方程对改性秸秆吸附刚果红的拟合结果
④改性秸秆对刚果红的吸附等温试验。取若干个50mL三角瓶并编号，加入0.010g改性秸秆，然后分别加入25mL浓度依次为10mg/L、20mg/L、30mg/L、50mg/L、100mg/L、150mg/L、200mg/L、300mg/L、500mg/L、800mg/L、1000mg/L的刚果红溶液。放入摇床中，在20℃温度下，以150r/min的速率振荡5h。离心分离，取上清液用分光光度计测定吸光度，进而计算废水中染料去除率和吸附量(见表13)，并利用Langmuir等温模型(式(3))和Freundlich等温模型(式(4))对试验结果进行拟合(见表14)。
式中，qm为吸附剂的最大吸附量(mg.g-1)；ce为溶液中溶质的平衡浓度(gm.L-1)；qe为平衡时吸附剂的吸附量(mg.g-1)；kl和kf分别为Langmuir型、Freundlich型方程的系数。
表13不同废水浓度条件下刚果红染料废水处理效果
表14不同等温吸附方程对改性秸秆吸附刚果红的拟合结果
(2)P-PO4 3-废水处理
P-PO4 3-废水为实验室利用磷酸二氢钾配制的模拟含磷废水。改性秸秆为在最佳改性工艺条件下制备获得。
①改性秸秆投加量对P-PO4 3-去除效果的影响。取若干个50mL三角瓶并编号，分别加入0.002g、0.005g、0.010g、0.015g、0.020g、0.030g、0.050g、0.100g和0.200g的改性秸秆，然后加入25mL浓度为20mg/L的磷溶液。放入摇床中，在20℃温度(室温)下，以150r/min的速率振荡2h。离心分离，取上清液用分光光度计测定吸光度，进而计算废水中P-PO4 3-去除率和吸附量(见表15)。
表15改性秸秆投加量对P-PO4 3-去除的影响
②废水pH对P-PO4 3-去除效果的影响。取若干个50mL三角瓶并编号，加入0.020g改性秸秆，然后分别加入已经调节废水pH依次为3.00、5.00、7.00、9.00、11.00的20mg/L的P-PO4 3-溶液25mL。放入摇床中，在20℃温度下，以150r/min的速率振荡2h。离心分离，取上清液用分光光度计测定吸光度，进而计算废水中磷的去除率和吸附量(见表16)。
表16废水pH对P-PO4 3-去除的影响
③废水处理的反应时间对P-PO4 3-去除效果的影响。取若干个50mL三角瓶并编号，加入0.020g改性秸秆，然后分别加入25mL浓度为20mg/L的磷溶液。放入摇床中，在20℃温度下，以150r/min的速率依次振荡2min、5min、10min、20min、30min、1h、1.5h、2h、3h、4h、8h、12h、24h、36h和48h。离心分离，取上清液用分光光度计测定吸光度，进而计算废水中P-PO4 3-去除率和吸附量(见表17)，并采用拟一级动力学模型[式(1)]和拟二级动力学模型[式(2)]对试验结果进行拟合(见表18)。
表17反应时间对P-PO4 3-去除的影响
表18不同动力学方程对改性秸秆吸附P-PO4 3-的拟合结果
④改性秸秆对P-PO4 3-的吸附等温试验。取若干个50mL三角瓶并编号，加入0.020g改性秸秆，然后分别加入25mL浓度依次为1mg/L、2mg/L、5mg/L、10mg/L、20mg/L、30mg/L、50mg/L、100mg/L、200mg/L、400mg/L、600mg/L、1000mg/L的P-PO4 3-溶液。放入摇床中，在20℃温度下，以150r/min的速率振荡30h。离心分离，取上清液用分光光度计测定吸光度，进而计算废水中P-PO4 3-去除率和吸附量(见表19)，并利用Langmuir等温模型[式(3)]和Freundlich等温模型[式(4)]对试验结果进行拟合(见表20)。
表19不同废水浓度条件下P-PO4 3-处理效果
表20不同等温吸附方程对改性秸秆吸附P-PO4 3-的拟合结果
(3)不同处理剂对刚果红染料废水和P-PO4 3-废水的处理效果对比
①取28个50mL具塞三角瓶并依次编号为1-n、2-n、3-n、4-n(n＝1,2,3,4,5,6,7)。依次分别称取0.005g、0.010g、0.020g、0.030g、0.050g、0.080g、0.100g改性烟草秸秆到1-n号三角瓶中；分别称取0.005g、0.010g、0.020g、0.030g、0.050g、0.080g、0.100g烟草秸秆到2-n号三角瓶中，分别称取0.005g、0.010g、0.020g、0.030g、0.050g、0.080g、0.100g预处理烟草秸秆到3-n号三角瓶中，分别称取0.005g、0.010g、0.020g、0.030g、0.050g、0.080g、0.100g活性炭到4-n号三角瓶中。然后向所有三角瓶中都分别加入25ml浓度为100mg/L的刚果红染料废水(废水pH＝6.48)，置于摇床，控制温度为20℃，震动速度为150r/min，震荡处理5h，将处理后的刚果红染料废水离心分离，上清液用分光光度计测定吸光度，进而计算各处理剂对刚果红染料的去除率(见表21)。
表21不同处理剂对刚果红染料废水处理效果比较
②取28个50mL具塞三角瓶并依次编号为a-n、b-n、c-n、d-n(n＝1,2,3,4,5,6,7)。依次分别称取0.005g、0.010g、0.020g、0.030g、0.050g、0.080g、0.100g改性烟草秸秆到a-n号三角瓶中；分别称取0.005g、0.010g、0.020g、0.030g、0.050g、0.080g、0.100g烟草秸秆到b-n号三角瓶中，分别称取0.005g、0.010g、0.020g、0.030g、0.050g、0.080g、0.100g预处理秸秆到c-n号三角瓶中，分别称取0.005g、0.010g、0.020g、0.030g、0.050g、0.080g、0.100g活性炭(洗除磷后的)到d-n号三角瓶中。然后向所有三角瓶中都分别加入25ml浓度为20mg/L的P-PO4 3-废水(废水pH＝5.01)，置于摇床，控制温度为20℃，震动速度为150r/min，震荡处理30h，将处理后的含P-PO4 3-废水离心分离，上清液用分光光度计测定吸光度，进而计算各处理剂对P-PO4 3-的去除率(见表22)。
表22不同处理剂对P-PO4 3-废水处理效果比较
由表21和表22可知，通过对烟草秸秆进行改性后用于对不同阴离子废水(刚果红染料废水和P-PO4 3-废水)的净化处理效果均明显优于其制备原料烟草秸秆和预处理后的烟草秸秆，以及常用的吸附剂活性炭。我国是农业大国，每年产生大量的农业秸秆，除了小部分用于堆肥、饲料外，其余大部分都进行焚烧处理，不仅没有达到资源化利用，而且焚烧产生的烟气会带来一系列环境、社会问题。通过本实验中所述对秸秆进行阳离子改性处理，不仅可以很好地解决上述问题，而且对于阴离子污染物废水的处理有很好的效果，实现了农业废物资源化利用与环境治理的双重目的。
表23改性秸秆与烟草秸秆的元素组成及比表面积表征结果表
Claims (8)
1.一种利用改性烟草秸秆处理含阴离子污染物废水的方法，其特征在于：该方法采用有机-无机阳离子单体接枝共聚进行秸秆纤维改性，首先用氢氧化钠溶液对烟草秸秆进行预处理分离出秸秆纤维素，然后在N2保护环境下，以硝酸铈铵为引发剂，将预处理后的烟草秸秆与二甲基二烯丙基氯化铵和硫酸铝进行接枝共聚反应，制备秸秆改性材料，再利用此改性材料分别对水体中有机阴离子污染物和无机阴离子污染物的去除，最终实现含阴离子污染物废水的处理; 秸秆改性的具体步骤为：称取经预处理后的秸秆5g于250mL三角瓶，加80mL蒸馏水浸润，然后加入Al2(SO4)3和二甲基二烯丙基氯化铵，搅拌混匀，再加入引发剂硝酸铈铵，搅匀;通氮气10min，并保持在N2环境下，调控温度，反应一段时间;室温静置1～2h，先后用乙醇和蒸馏水洗涤干净，65℃烘干，即得烟草秸秆改性材料,其中,预处理秸秆g: 二甲基二烯丙基氯化铵mL为1:4～4:1、预处理秸秆g：Al2(SO4)3 g为1:4～4:1、反应温度为20～100℃、反应时间为1～5h、预处理秸秆g：硝酸铈铵g为1:1～10:1。
2.根据权利要求1所述的利用改性烟草秸秆处理含阴离子污染物废水的方法，其特征在于：所述的采用有机-无机阳离子单体接枝共聚进行秸秆纤维改性，其采用的改性剂为二甲基二烯丙基氯化铵和硫酸铝，其中二甲基二烯丙基氯化铵为质量百分含量60%的水溶液。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的利用改性烟草秸秆处理含阴离子污染物废水的方法，其特征在于：所述的预处理秸秆与二甲基二烯丙基氯化铵及Al2(SO4)3分别以投加比为1g/4mL和1g/2g进行混合反应。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的利用改性烟草秸秆处理含阴离子污染物废水的方法，其特征在于：所述预处理秸秆与硝酸铈铵的质量比为6:1。
5.根据权利要求1或权利要求2所述的利用改性烟草秸秆处理含阴离子污染物废水的方法，其特征在于：所述的氢氧化钠的质量百分含量为10%。
6.根据权利要求1或权利要求2所述的利用改性烟草秸秆处理含阴离子污染物废水的方法，其特征在于：有机阴离子污染物废水为刚果红染料模拟废水，无机阴离子污染物废水为磷酸二氢钾配制的P-PO4 3-模拟废水。
7.根据权利要求1或权利要求2所述的利用改性烟草秸秆处理含阴离子污染物废水的方法，其特征在于：利用改性烟草秸秆处理废水中污染物时废水取量为25mL。
8.根据权利要求1或权利要求2所述的利用改性烟草秸秆处理含阴离子污染物废水的方法，其特征在于：利用改性烟草秸秆处理废水中污染物时震荡速度为150r/min，分别控制改性烟草秸秆投加量为0.002～0.200 g、废水pH为3～11、反应时间为2min～48h，其中，刚果红染料废水浓度为100mg/L, 以P计，P-PO4 3-模拟废水浓度为20mg/L。
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