CN105233798A - 一种用于吸附镉离子的小麦秸秆生物质炭颗粒的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于吸附镉离子的小麦秸秆生物质炭颗粒的制备方法，具体步骤为：将小麦秸秆于500℃炭化6h后得到小麦秸秆生物质炭粉末，加入由20wt%预糊化淀粉、30wt%纤维素和50wt%膨润土配置而成的复合粘合材料，其中小麦秸秆生物质炭粉末与复合粘合材料的质量比为2-5:1，然后均匀淋洒上述混合物料总质量20%的纯净水，混合均匀后选用在环膜压缩比为7-9:1的压缩条件下压制颗粒，颗粒直径为4-6mm，再于105℃烘干24h制得小麦秸秆生物质炭颗粒。本发明在保障颗粒对污染物镉去除效果的同时，颗粒形态完整，出水清澈，无二次污染，Cd2+质量浓度在12.12mg/L的条件下，小麦秸秆生物质炭颗粒对镉离子的最大去除率达到82.97%。

Description

一种用于吸附镉离子的小麦秸秆生物质炭颗粒的制备方法
技术领域
本发明属于重金属污染吸附颗粒材料的合成技术领域,具体涉及一种用于吸附镉离子的小麦秸秆生物质炭颗粒的制备方法。
背景技术
镉是一种软性、延展性好且耐腐蚀的稀有金属，具有难降解性、低毒性、高稳定性以及可蓄积性，能在动物、植物和水生生物体内蓄积，镉进入人体后会在肝脏、肾脏和骨骼中积累，严重时会导致自然骨折和动脉硬化性肾萎缩、慢性球体肾炎等疾病，对人体健康危害很大。目前镉已被美国毒理委员会（ATSDR）列为第6位危及人体健康的有毒物质，联合国环境规划署（DNFP）和国际职业卫生重金属委员会也把镉列入重点研究的环境污染物，世界卫生组织（WHO）则将其作为优先研究的食品污染物。《农田灌溉水质标准》（GB5084-2005）规定镉含量必须低于0.01mg/L，《污水综合排放标准》（GB8978-1996）规定污染物总镉的最高允许排放浓度为0.1mg/L。
水中镉的传统去除技术主要有化学沉淀、电渗析、溶剂萃取、离子交换、膜分离、活性炭和硅胶吸附以及植物生物修复等，然而每种方法都有一定的局限性，如成本高、对设备及技术要求高、操作条件苛刻、操作复杂和效率较低等。近年来，国内外采用农林废弃物作为生物吸附剂处理重金属污染废水受到广泛关注，如壳类物质（如花生壳、谷壳、可可壳、板栗壳、大豆壳）、果皮类物质（如桔子皮、甘蔗渣）、树皮类物质（如木屑、松树皮、桉树树皮等）以及玉米秸秆、油菜秸秆和小麦秸秆等都取得了较好的吸附效果。秸秆产量巨大，资源十分丰富，据相关调查研究显示，全球农作物每年可产生约20亿吨秸秆，我国秸秆产生量已超过7亿吨，目前我国秸秆的利用率仅为33%左右，相当一部分秸秆被焚烧和遗弃，这样不仅造成了资源浪费，也严重污染了环境。目前，多是将秸秆粉碎研磨后直接吸附污水中的重金属，这种秸秆处理方法只能停留于实验室研究，无法直接应用，如果将秸秆粉末适当处理后制成颗粒，不仅能够保障其对重金属的吸附性能，还能实现秸秆资源化，为新型重金属吸附材料研制提供一定的技术支撑。
发明内容
本发明为克服现有的秸秆生物吸附剂不能直接应用的不足而提供了一种用于吸附镉离子的小麦秸秆生物质炭颗粒的制备方法，该方法制得的小麦秸秆生物质炭颗粒不仅对污染水体中的镉离子具有较强的吸附性，而且能够直接用于填充各种吸附设施。
本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种用于吸附镉离子的小麦秸秆生物质炭颗粒的制备方法，其特征在于具体步骤为：将小麦秸秆于500℃炭化6h后得到小麦秸秆生物质炭粉末，加入由20wt%的预糊化淀粉、30wt%的纤维素和50wt%的膨润土配置而成的复合粘合材料，其中小麦秸秆生物质炭粉末与复合粘合材料的质量比为2-5:1，然后均匀淋洒上述混合物料总质量20%的纯净水，混合均匀后选用在环膜压缩比为7-9:1的压缩条件下压制颗粒，颗粒直径为4-6mm，再于105℃烘干24h制得小麦秸秆生物质炭颗粒。
进一步优选，所述的小麦秸秆生物质炭粉末与复合粘合材料的质量比为4:1。
本发明的有益效果是在保障颗粒对污染物镉去除效果的同时，颗粒形态完整，出水清澈，无二次污染，Cd2+质量浓度在12.12mg/L的条件下，小麦秸秆生物质炭颗粒对镉离子的最大去除率达到82.97%。
附图说明
图1是本发明提供的小麦秸秆生物质炭颗粒的制备工艺流程图；
图2是不同质量配比条件下的小麦秸秆生物质炭颗粒对镉离子去除率随时间变化图；
图3是不同压力条件下的小麦秸秆生物质炭颗粒对镉离子去除率随时间变化图；
图4是不同颗粒直径条件下的小麦秸秆生物质炭颗粒对镉离子去除率随时间变化图。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。
实施例
小麦秸秆取自中国农业科学院河南新乡农业水土环境野外科学观测试验站，将小麦秸秆用自来水清洗干净，自然风干后置于烘箱中于75℃烘制24h，粉碎过100目筛，置于坩埚中压实，再置于马弗炉中于500℃炭化6h，冷却至室温后加入复合粘合材料，该复合粘合材料由20wt%的预糊化淀粉、30wt%的纤维素和50wt%的膨润土配制而成，小麦秸秆生物质炭粉末与复合粘合材料的质量比为9:1、7:1、5:1、4:1、3:1、2:1，颗粒压制选用环膜压缩比为7:1、8:1、9:1，颗粒直径为4mm、5mm、6mm，再于105℃烘干24h制得小麦秸秆生物质炭颗粒,处理数为：（6个质量比×3个压缩比×3个粒径）×3个重复=162个处理。
常温条件下，实验室模拟配水Cd2+浓度10mg/L（原液150mg/LCdCl2溶液配置方法：称取0.31gCdCl2置于烧杯中，定容到1000mL；10mg/L浓度配置方法：原液1000mL稀释至15L）。取100mLCd2+溶液于250mL塑料瓶中，加入1.0g小麦秸秆生物质炭颗粒，恒温振荡（28℃，150r/min水平振荡），分别于30min、1h、2h、5h、12、24h、48h取样离心（6000r/min，离心3min），消解后采用原子吸收法测定镉离子浓度，试验设置3个重复。
测定项目为：水中重金属镉离子浓度
试验结果如下：
在图2所示实施例中，小麦秸秆生物质炭粉末与复合粘合材料质量比为9:1、7:1、5:1、4:1、3:1、2:1，颗粒压制选用环膜压缩比为7:1，颗粒直径为6mm。配制溶液实测Cd2+浓度为12.12mg/L。质量比9:1的颗粒在试验135min时松散破裂，质量比7:1的颗粒在试验444min时松散破裂，淘汰质量比9:1和7:1。其他4个质量比颗粒略膨胀，但未出现松散破裂现象，硬度良好。由图2可见，4个不同质量比颗粒对Cd2+去除率随时间变化规律基本一致，Cd2+去除主要发生在试验开始的12h内，之后变化不大，质量比5:1和4:1颗粒对Cd2+去除率显著高于其他处理，差值范围为15.70%-53.25%，质量比5:1颗粒对Cd2+去除率略高于质量比4:1颗粒，差值范围为1.11%-11.20%，质量比2:1颗粒对Cd2+去除率最低，去除率范围为11.16%-29.40%。因此，小麦秸秆生物质炭粉末与复合粘合材料最佳质量配比为5:1和4:1。
在图3所示实施例中，小麦秸秆生物质炭粉末与复合粘合材料的质量比为5:1，颗粒压制选用环膜压缩比为7:1、8:1、9:1，颗粒直径为6mm。配制溶液实测Cd2+浓度为12.12mg/L。由图3可见，不同压缩比条件下颗粒对Cd2+去除率随时间变化规律一致，吸附前12h内Cd2+去除率变化较大，变化范围为24.68%-80.73%，之后Cd2+去除率变化不大，变化范围为80.73%-82.67%。试验过程中，压缩比7:1和8:1颗粒对Cd2+去除率略高于压缩比9:1，但差异并不大，因此，试验压缩比条件下，环膜压缩比条件对颗粒吸附Cd2+影响不大，试验48h时，压缩比7:1、8:1和9:1颗粒对Cd2+去除率分别为82.67%、81.27%和79.82%。
在图4所示实施例中，小麦秸秆生物质炭粉末与复合粘合材料的质量比为5:1，颗粒压制选用环膜压缩比为7:1，颗粒直径为4mm、5mm、6mm。配制溶液实测Cd2+浓度为12.12mg/L。由图4见，不同颗粒直径条件下颗粒对Cd2+去除率随时间变化规律一致，且差异并不大，吸附主要发生在前12h，Cd2+去除率由0.5h时最低26.96%升高至12h时的79.52%，之后Cd2+去除率变化不大，变化范围为79.52%-82.97%。因此，试验颗粒直径条件下，颗粒直径对颗粒吸附Cd2+影响不大。试验48h时，颗粒直径4mm、5mm和6mm颗粒对Cd2+去除率分别为82.97%、82.31%和81.27%。
因此，由20wt%的预糊化淀粉、30wt%的纤维素和50wt%的膨润土配制而成的复合粘合材料是最佳粘合剂，小麦秸秆生物质炭粉末与复合粘合材料的最佳质量配比为4:1或5:1，实验条件下，颗粒成型环膜压缩比7:1、8:1、9:1以及颗粒直径4mm、5mm、6mm对颗粒成型及颗粒对Cd2+的去除率影响不显著。
以上显示和描述了本发明的基本原理，主要特征和优点，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围。

Claims (2)

1.一种用于吸附镉离子的小麦秸秆生物质炭颗粒的制备方法，其特征在于具体步骤为：将小麦秸秆于500℃炭化6h后得到小麦秸秆生物质炭粉末，加入由20wt%的预糊化淀粉、30wt%的纤维素和50wt%的膨润土配置而成的复合粘合材料，其中小麦秸秆生物质炭粉末与复合粘合材料的质量比为2-5:1，然后均匀淋洒上述混合物料总质量20%的纯净水，混合均匀后选用在环膜压缩比为7-9:1的压缩条件下压制颗粒，颗粒直径为4-6mm，再于105℃烘干24h制得小麦秸秆生物质炭颗粒。
2.根据权利要求1所述的用于吸附镉离子的小麦秸秆生物质炭颗粒的制备方法，其特征在于：所述的小麦秸秆生物质炭粉末与复合粘合材料的质量比为4:1。
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