CN105413625A - 多孔二氧化硅在金属过滤方面的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于无机材料应用领域，具体涉及多孔二氧化硅在金属过滤方面的应用。所述二氧化硅通过下述步骤制得：1)洗净植物器官或者藻类，去除石块和其他杂质；其中所述植物器官或者藻类二氧化硅含量超过干重的1％，所述清水为电导率低于100usv/cm的水；2)沥干在500摄氏度的灰化炉中通入氧气并不断的翻动；并通过自身的氧化产生热量，维持450-600摄氏度1-4小时得到植物灰；3)以稀盐酸洗涤植物灰去除金属杂质；所述稀盐酸浓度为1-5mol/L，用量为8-40L/kg植物灰。4)清水洗净即可得到高比表面积的多孔二氧化硅。本发明比单纯的活性炭对极性分子的吸附性能更高，而且可以再生的吸附能力使得使用成本极低。

Description

多孔二氧化硅在金属过滤方面的应用
技术领域
本发明属于无机材料应用领域，具体涉及一种多孔二氧化硅在金属过滤方面的应用。
背景技术
重金属是水体污染和土壤污染的主要原因之一，重金属污染的治理对食品安全、饲料安全、生态环境安全和农业可持续发展具有重要的意义。稻田和水产养殖中的重金属超标可以通过净水来降低重金属离子的浓度，从而实现粮食作物中的重金属大幅度的减少，提高农产品质量和价值。
目前常用的反渗透膜净化由于其成本较高，大面积对于农业和种植业来讲经济上还不可行。所以，应用农业废弃物净化水是一个可行有重大意义的事情。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中使用反渗透膜净化，成本高的缺点，提供一种多孔二氧化硅在金属过滤方面的应用。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种多孔二氧化硅的制备方法，包括如下步骤：
1)清水洗净植物器官或者藻类，去除石块和其他杂质；其中所述植物器官或者藻类二氧化硅含量超过干重的1％，所述清水为电导率低于100usv/cm的水；
2)沥干在500摄氏度的灰化炉中通入氧气并不断的翻动；并通过自身的氧化产生热量，维持450-600摄氏度1-4小时得到植物灰；
3)以稀盐酸洗涤植物灰去除金属杂质；稀盐酸浓度为1-5mol/L，用量为8-40L/kg植物灰；
4)清水洗净即可得到高比表面积的多孔二氧化硅；
所述步骤1)中的植物器官或者藻类为稻壳、水稻秸秆、玉米秸秆、禾本科作物和牧草的根系、穗、壳；
所述步骤2)中的灰化炉为共晶点熔盐炉；
所述共晶点熔盐炉为氯化钾或者氯化镁熔盐炉中的一种；
所述灰化炉为电弧炉、红外炉、光波炉和燃烧炉等可控温的供热方式；
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的方法，原料来源广、成本低廉、可以反复利用、容易制备的特点，而且不会受到微生物分解的影响，不破坏稻壳表面的多孔二氧化硅，同时利用装填过程中的压力实现部分的活性炭暴露，实现活性炭和多孔二氧化硅的双重吸附，增加了比表面积，提高净化效率。本发明比单纯的活性炭对极性分子的吸附性能更高，而且可以再生的吸附能力使得使用成本极低。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步阐述本发明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
实施例1：滤除铜离子的实验：
清水洗净含硅量高的稻壳，去除石块和其他杂质；所述稻壳不需要粉碎和其他处理，所述清水为电导率低于100usv/cm的水，所述的含硅量高的稻壳指二氧化硅含量超过干重的1％；然后沥干在500摄氏度的炭化炉中隔绝氧气并不断的翻动；所述炭化炉为能控制温度的加热装置；维持500摄氏度2小时，然后自然冷却；然后用1M盐酸洗涤去除金属杂质；所述的洗涤盐酸用量为20L/kg稻壳炭；清水洗净即可得到高比表面积的多孔稻壳碳硅，所述的多孔二氧化硅的比表面积在300-800m2/g之间。然后将上述稻壳炭精密装填到1米高的柱子中，建立稻壳炭10级过滤装置，组成铜离子吸附过滤系统，通过常压的动力泵实现水过滤，铜离子浓度为1.024g/L,过滤后的铜离子浓度为0.041g/L,离子去除率达到96％。
实施例2：稻壳炭滤除镁离子的实验：
清水洗净含硅量高的稻壳，去除石块和其他杂质；所述稻壳不需要粉碎和其他处理，所述清水为电导率低于100usv/cm的水，所述的含硅量高的稻壳指二氧化硅含量超过干重的1％；然后沥干在500摄氏度的炭化炉中隔绝氧气并不断的翻动；所述炭化炉为能控制温度的加热装置；维持500摄氏度2小时，然后自然冷却；然后用1M盐酸洗涤去除金属杂质；所述的洗涤盐酸用量为20L/kg稻壳炭；清水洗净即可得到高比表面积的多孔稻壳碳硅，所述的多孔二氧化硅的比表面积为200-300m2/g之间。然后将上述稻壳炭精密装填到1米高的柱子中，建立稻壳炭2级过滤装置，组成镁离子离子吸附过滤系统，通过常压的动力泵实现水过滤，镁离子的浓度为5g/L,过滤后达到0.22g/L，离子去除率达到95.6％。实施例3：稻壳炭滤除钠离子的实验：
清水洗净含硅量高的稻壳，去除石块和其他杂质；所述稻壳不需要粉碎和其他处理，所述清水为电导率低于100usv/cm的水，所述的含硅量高的稻壳指二氧化硅含量超过干重的1％；然后沥干在500摄氏度的炭化炉中隔绝氧气并不断的翻动；所述炭化炉为能控制温度的加热装置；维持500摄氏度2小时，然后自然冷却；然后用1M盐酸洗涤去除金属杂质；所述的洗涤盐酸用量为20L/kg稻壳炭；清水洗净即可得到高比表面积的多孔稻壳碳硅，所述的多孔二氧化硅的比表面积为100m2/g。然后将上述稻壳炭精密装填到1米高的柱子中，建立稻壳炭5级过滤装置，组成钠离子离子吸附过滤系统，通过常压的动力泵实现水过滤，钠离子的浓度为20g/L,过滤后达到0.88g/L，离子去除率达到95％。
通过比表面积和孔隙率分析，发现本发明生产出来的多孔二氧化硅的比表面积在100-1000之间，孔隙率在50nm-100um之间。电镜分析可以发现保留了植物细胞壁外侧特有的形态结构。并将其分别对铜离子，钠离子，镁离子进行过滤测试，离子去除率均大于95％，达到了很好的吸附效果。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种多孔二氧化硅在金属过滤方面的应用，其特征在于，所述二氧化硅通过下述步骤制得：
1)清水洗净植物器官或者藻类，去除石块和其他杂质；其中所述植物器官或者藻类二氧化硅含量超过干重的1％，所述清水为电导率低于100usv/cm的水；
2)沥干在500摄氏度的灰化炉中通入氧气并不断的翻动；并通过自身的氧化产生热量，维持450-600摄氏度1-4小时得到植物灰；
3)以稀盐酸洗涤植物灰去除金属杂质；所述稀盐酸浓度为1-5mol/L，用量为8-40L/kg植物灰；
4)清水洗净即可得到高比表面积的多孔二氧化硅。
2.根据权利要求1所述的多孔二氧化硅在金属过滤方面的应用，其特征在于，将所述二氧化硅紧密装填到1米高的填充柱中，建立多级过滤装置，组成重离子吸附过滤系统，通过常压的动力泵实现水过滤。
3.根据权利要求2所述的多孔二氧化硅在金属过滤方面的应用，其特征在于，所述的重离子包括钠离子、钾离子、镁离子、钙离子、铁离子、汞离子、铅离子、铬离子、镉离子、铜离子等金属和砷、硒非金属重离子。
4.根据权利要求2所述的多孔二氧化硅在金属过滤方面的应用，其特征在于，所述的多级过滤装置为2-10级。
5.根据权利要求1-4之一所述的多孔二氧化硅在金属过滤方面的应用，其特征在于，所述步骤1)中的植物器官或者藻类为稻壳、水稻秸秆、玉米秸秆、禾本科作物和牧草的根系、穗、壳。
6.根据权利要求1-4之一所述的多孔二氧化硅在金属过滤方面的应用，其特征在于，所述步骤2)中的灰化炉为共晶点熔盐炉。
7.根据权利要求1-4之一所述的多孔二氧化硅在金属过滤方面的应用，其特征在于，所述共晶点熔盐炉为氯化钾或者氯化镁熔盐炉中的一种。
8.根据权利要求1-4之一所述的多孔二氧化硅在金属过滤方面的应用，其特征在于，所述灰化炉为电弧炉、红外炉、光波炉和燃烧炉等可控温的供热方式。
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