CN105921119B - 一种棉秆碳生态附着基棒的制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种棉秆碳生态附着基棒的制备方法，该方法为：首先将棉壳在磷酸溶液中浸渍，将浸渍后的棉壳放入水溶液中，将水溶液的pH值调节至7并浸泡，然后干燥再进行炭化，再经研磨得到棉秆碳粉末材料，而后以木质素—酚醛树脂胶为粘合剂，将得到的碳粉末均匀地涂抹于表面经过附着挂膜改性处理后的棉秆木质部上，经老化后，最终形成棉秆碳生态附着基棒。将棉秆碳生态附着基棒投放如水体中，对水中COD、氮、磷的净化效果良好。

Description

一种棉秆碳生态附着基棒的制备方法及其应用
技术领域
本发明属于生物技术领域，具体涉及一种棉秆碳生态附着基棒的制备方法及其应用。
背景技术
随着我国人口增长，工业化、城市化的不断发展，城市化进程的不断加速，越来越多的工业废水和生活污水排入河流，造成河流水质不断下降。2010年中国环境状况公报显示，全国203条河流408个地表水国控监测断面中，Ⅰ~Ⅲ类、Ⅳ~Ⅴ类和劣Ⅴ类水质的断面比例分别为57.3%、24.3%和18.4%，主要污染指标为高锰酸盐指数、五日生化需氧量和氨氮，其中淮河为轻度污染，黄河、辽河为中度污染，海河为重度污染。这说明全国河流水体污染整体较为严重，严重污染的河流不仅会丧失自净能力，还会引起河中生物尤其水生动植物的中毒死亡，破坏河流生态环境。因此，改善河流水质，对河流进行净化处理，进而进行生态修复具有重要意义。传统的河道治理技术如微生物处理、化学处理技术等虽然收效快，效果明显，但是对河道的生态灰造成未知的不可逆的影响，而原位生态净化技术固然很好，但是往往有很多的局限性，在秋冬气温降低时随着漂浮植物的死亡，使得净化河道污染水体的能力受到限制。
碳生态基因其实现了对环境的零负荷与完全的生物安全，因此是用于净化水域，修复水环境的优良选择。碳生态基具有极高的吸附性与生物亲和性，能吸引微生物菌群形成粘着性生物膜，微生物以有机污染物为食，通过自身的新陈代谢作用分解水体中的有机污染物。但是碳纤维生态基由于其造价成本高的原因，因此售价高，对于讲究经济效益的工程来说，很难实现大规模的应用甚或没办法实现应用，使得工程效果受到限制以及产生很多治理带来的负效果。通过此项研发可以实现碳生态基的低成本化合成，实现工程的大范围应用，对污染河道的治理具有非常重要的现实意义。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于充分利用农业废弃物资源低成本化合成碳生态附着基材料，实现工程的大范围应用，对污染河道的治理具有非常重要的现实意义。
为达到上述目的，本发明是通过以下的技术方案来实现的。
一种棉秆碳生态附着基棒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）采集棉壳，将棉壳进行筛选，去除其中的杂质，然后进行初步粉碎，得到干净的棉壳材料；
2）将步骤1）得到的棉壳在磷酸溶液中浸渍5~30min后捞出；
3）将浸渍好的棉壳放入水溶液中，将水溶液的pH值调节至7，然后浸泡30~60min后捞出；
4）将步骤3）得到的棉壳在150~300℃下干燥30~90min；现有技术中是将磷酸浸润的基质直接进行炭化，于是会造成在炭化的过程中，烟气中含有大量的磷酸，不仅腐蚀设备而且污染环境，需要安装脱磷装置，增加成本；本专利在炭化前前将基质中的磷酸中和，洗脱，再在相对低温下将基质烘干，可大大降低在炭化过程中烟气中的磷酸含量；
5）将步骤4）得到的棉壳炭化；
6）将步骤5）得到的炭化棉壳粉碎；
7）采集棉杆，将棉杆浸入HCl溶液中2~4h后捞出；通过盐酸的浸泡提高了棉杆表面的粗糙程度，细菌与载体表面的有效接触面积随之增加，其附着固定能力也会得到相应的提高；同时改变了基质表面的带电荷性质，增加了微生物与生物膜附着基质之间的结合程度，总体提高了棉杆的亲水性；
8）以木质素—酚醛树脂胶为粘合剂，将步骤6）得到的炭化棉壳粉末均匀地附着在步骤7）得到的棉杆表面；
9）将步骤8）得到的棉杆在60~100℃条件下老化12~36h，即得棉秆碳生态附着基棒。
进一步地所述步骤2）中磷酸溶液的质量浓度为20~50%。
进一步地所述步骤5）中炭化的条件为通入氮气，温度为500~700℃，时间为20~60min。
进一步地所述步骤6）中将炭化的棉壳粉碎至200~300目。
进一步地所述步骤7）中HCl溶液的质量浓度为5~20%。
进一步地还提供了一种棉秆碳生态附着基棒在水污染治理工程中的应用，将棉秆碳生态附着基棒原棉杆的根部安装配重，投放于需要治理的水体中，定期更换。
进一步地所述配重的重量大于或等于棉秆碳生态附着基棒的浮力。可根据需要选择配重，使棉秆碳生态附着基棒沉入水底或悬浮于水体之中。
进一步地所述棉秆碳生态附着基棒的投放密度为2-3根/m2。
进一步地所述一种棉秆碳生态附着基棒2~3个月更换一次。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：充分利用了农业废弃物棉秆本身材料，化费为宝，制备而成的生态基附着棒对水中COD、氮、磷的净化效果良好。
具体实施方式
下面结合实例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
一种棉秆碳生态附着基棒的制备方法，方法包括如下步骤：
1、采集外观良好，没有附着物的棉壳，去除其中的杂质，而后初步粉碎至2mm，得到干净的棉壳材料；
2、将筛选粉碎得到的棉壳材料在20%的磷酸溶液中浸渍30min；
3、将浸渍好的棉壳浸泡在水溶液中，并用碱液调节溶液pH值至7, 然后浸泡30min后捞出；
4、通过浸泡的棉壳置于干燥箱中在150℃下干燥90min；
5、将干燥处理后的棉壳放入马弗炉中进行炭化，通入惰性气体氮气，在500℃的条件下加热60min；
6、冷却后，研磨粉碎至200~300目，得到棉秆碳粉末材料；
7、采集棉杆，将棉秆用5%的HCl溶液浸泡4h进行附着挂膜改性处理；
8、以木质素—酚醛树脂胶为粘合剂，将得到的碳粉末均匀地涂抹于表面经过附着挂膜改性处理后的棉秆木质部上；
9、将上述棉杆置于恒温烘箱中在60℃条件下老化36h，最终形成棉秆碳生态附着基棒。
实施例2
一种棉秆碳生态附着基棒的制备方法，方法包括如下步骤：
1、采集外观良好，没有附着物的棉壳，去除其中的杂质，而后初步粉碎至4mm，得到干净的棉壳材料；
2、将筛选粉碎得到的棉壳材料在32%的磷酸溶液中浸渍10min；
3、将浸渍好的棉壳浸泡在水溶液中，并用碱液调节溶液pH值至7, 然后浸泡40min后捞出；
4、通过浸泡的棉壳置于干燥箱中在250℃下干燥60min；
5、将干燥处理后的棉壳放入马弗炉中进行炭化，通入惰性气体氮气，在600℃的条件下加热30min；
6、冷却后，研磨粉碎至200~300目，得到棉秆碳粉末材料；
7、采集棉杆，将棉秆用10%的HCl溶液浸泡3h进行附着挂膜改性处理；
8、以木质素—酚醛树脂胶为粘合剂，将得到的碳粉末均匀地涂抹于表面经过附着挂膜改性处理后的棉秆木质部上；
9、将上述棉杆置于恒温烘箱中在80℃条件下老化24h，最终形成棉秆碳生态附着基棒。
实施例3
一种棉秆碳生态附着基棒的制备方法，方法包括如下步骤：
1、采集外观良好，没有附着物的棉壳，去除其中的杂质，而后初步粉碎至5mm，得到干净的棉壳材料；
2、将筛选粉碎得到的棉壳材料在50%的磷酸溶液中浸渍5min；
3、将浸渍好的棉壳浸泡在水溶液中，并用碱液调节溶液pH值至7, 然后浸泡60min后捞出；
4、通过浸泡的棉壳置于干燥箱中在300℃下干燥30min；
5、将干燥处理后的棉壳放入马弗炉中进行炭化，通入惰性气体氮气，在700℃的条件下加热20min；
6、冷却后，研磨粉碎至200~300目，得到棉秆碳粉末材料；
7、采集棉杆，将棉秆用20%的HCl溶液浸泡2h进行附着挂膜改性处理；
8、以木质素—酚醛树脂胶为粘合剂，将得到的碳粉末均匀地涂抹于表面经过附着挂膜改性处理后的棉秆木质部上；
9、将上述棉杆置于恒温烘箱中在100℃条件下老化12h，最终形成棉秆碳生态附着基棒。
选用任意一种上述方法制备出的棉秆碳生态附着基棒，应用于某市平均水深1.2m的封闭黑臭河道治理工程，黑臭河道流域面积为1000平方米，通过围隔包围的实施面积为50平方米，投放了150根棉秆碳生态附着基棒。生态附着基棒株形平齐完整，所用配重重于生态附着基棒的浮力，形成自然的水下株形体景观。在生态附着基棒应用前期，围隔包围的实施区域内水体总氮含量4.9mg/L，总磷含量0.68mg/L，应用生态附着基棒60天后，水体总氮含量降至3mg/L，削减率达到39%；水体总磷含量降至0.4 mg/L，削减率达到41%，且局部水体透明度达到0.8m以上，并2个月更换一次持续地对水体进行净化。
选用任意一种上述方法制备出的棉秆碳生态附着基棒，将其用于某小型自然湖泊的治理工程中，湖泊平均水深2米，湖泊的流域面积是2000平方米，通过围隔包围的实施面积为100平方米，投放了200根棉秆碳生态附着基棒，生态附着基棒株形平齐完整，所用配重的重量等于生态附着基棒的浮力，生态附着基棒悬浮于水体中，形成层次优美、形态各异的水体景观。在应用前期，围隔包围的水体总氮含量4.3mg/L，总磷含量0.82 mg/L，应用60天后，水体总氮含量降至2.1g/L，削减率达到51%；水体总磷含量降至0.42mg/L，削减率达到49%，且局部水体透明度达到1.5m以上，并3个月更换一次持续地对水体进行净化。
本发明按照上述实施例进行了说明，应当理解，上述实施例不以任何形式限定本发明，凡采用等同替换或等效变换方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种棉秆碳生态附着基棒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）采集棉壳，将棉壳进行筛选，去除其中的杂质，然后进行初步粉碎，得到干净的棉壳材料；
2）将步骤1）得到的棉壳在磷酸溶液中浸渍5~30min后捞出；
3）将浸渍好的棉壳放入水溶液中，将水溶液的pH值调节至7，然后浸泡30~60min后捞出；
4）将步骤3）得到的棉壳在150~300℃下干燥30~90min；
5）将步骤4）得到的棉壳炭化；
6）将步骤5）得到的炭化棉壳粉碎；
7）采集棉杆，将棉杆浸入HCl溶液中2~4h后捞出；
8）以木质素—酚醛树脂胶为粘合剂，将步骤6）得到的炭化棉壳粉末均匀地附着在步骤7）得到的棉杆表面；
9）将步骤8）得到的棉杆在60~100℃条件下老化12~36h，即得棉秆碳生态附着基棒。
2.根据权利要求1所述的一种棉秆碳生态附着基棒的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中磷酸溶液的质量百分浓度为20~50%。
3.根据权利要求1所述的一种棉秆碳生态附着基棒的制备方法，其特征在于，所述步骤5）中炭化的条件为通入氮气，温度为500~700℃，时间为20~60min。
4.根据权利要求1所述的一种棉秆碳生态附着基棒的制备方法，其特征在于，所述步骤6）中将炭化的棉壳粉碎至200~300目。
5.根据权利要求1所述的一种棉秆碳生态附着基棒的制备方法，其特征在于，所述步骤7）中HCl溶液的质量百分浓度为5~20%。
6.利用权利要求1所述的方法制备的一种棉秆碳生态附着基棒在水污染治理工程中的应用，其特征在于，将棉秆碳生态附着基棒原棉杆的根部安装配重，投放于需要治理的水体中，定期更换。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述配重的重量大于或等于棉秆碳生态附着基棒的浮力。
8.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述棉秆碳生态附着基棒的投放密度为2-3根/m 2 。
9.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述一种棉秆碳生态附着基棒2~3个月更换一次。
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