CN106040198A - 一种去除工业废水中铜离子的吸附剂制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种去除工业废水中铜离子的吸附剂制备方法，是将剑麻渣粉碎，加入氢氧化钠溶液浸泡4‑6h,再用水洗涤剑麻渣至中性，在剑麻渣纤维素中加入聚丙烯酸钠，加入水，在温度为70‑80℃下干燥2‑3h，得改性剑麻渣；取鼠尾藻粉和硫脲加入超声波搅拌器，再加入适量水进行超声反应，将反应后的糊状物置于的烘箱中加热干燥，得改性鼠尾藻粉；将上述改性剑麻渣、改性鼠尾藻粉加入搅拌器，加入石墨烯和木薯淀粉，再加入水调成糊状，将糊状物放入微波加热设备，在温度为80‑120℃下微波60‑90min，冷却至室温，研磨，即得铜离子吸附剂。本发明方法制得的吸附剂具有良好的吸附性能，其中吸附剂的比表面积为180‑250m2/g，对铜离子的吸附率达到95%以上。

Description

一种去除工业废水中铜离子的吸附剂制备方法
技术领域
本发明涉及吸附材料技术领域，具体是一种去除工业废水中铜离子的吸附剂制备方法。
背景技术
近年来，随着重金属工业的发展、重金属废水未加处理的任意排放，导致了重金属离子在自然水体中的含量日益增加，由此所导致的水污染事件频频发生。重金属是造成环境污染问题的重要原因之一，当重金属进入到环境中，是不能被生物降解为无害物质的，同时水中的悬浮颗粒通过对重金属离子的吸附和沉淀作用，使得水体重金属长期污染就此产生。更有甚者，存在于生物体内的重金属经过累积、富集，还参与生物圈循环，危害人体健康，是对生态环境危害极大的一类污染物。水体重金属污染已经成为了全社会关注的一个世界性的的环境问题。
铜对人体造血细 胞生长，人体某些酶的活动及内分泌腺功能均有影响。如摄入过量的铜， 就会刺激消化系统，引起腹痛、呕吐。Cu过量会刺激消化系统，长期过量促使肝硬化。皮肤接触铜化合物，可发生皮炎和湿疹， 在接触高浓度铜合物时可发生皮肤坏死。铜对低等生物和农作物毒性较大，其浓度达0.1～ 0.2mg/L即可使鱼类致死。对于农作物， 铜可使植物吸收养分的机能受到阻碍， 植物吸收铜离子后， 即固定于根部皮层。灌溉水中含铜较高时， 即在土壤和作物中积累，可使作物枯死。正是由于铜对人体健康的严重危害和环境污染等问题日趋严重，因此，如何经济有效地处理含铜废水便成为我国重要的研究方向之一。
含铜工业废水的处理方法包括化学沉淀法、混凝沉淀法、离子交换法、吸附法等。由于吸附法具有工艺流程简单、处理效果好、可操作性强等优点，因此在处理工业废水重金属铜中得到广泛的应用。其中活性炭作为一种有效的废水处理吸附剂可用于大多数重金属、有机分子的除去且吸附能力强，只是活性炭资源有限，大批量治理废水造价高，寿命短，再生操作费用高，较难在经济尚不发达的地区得到广泛的应用。现有的高分子吸附剂、利用废弃物制备的吸附剂和复合吸附剂等也存在成本高、吸附效率低、易产生二次污染等问题。因此，如何提高吸附剂的吸附效率和减少使用过程中造成的二次污染问题是当今的研究热点。
发明内容
本发明针对现有吸附剂存在的问题，提供一种比表面积大、吸附容量大、吸附效率高、成本低、制备工艺简单、安全环保的用于去除工业废水中铜离子的吸附剂。
为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现：
一种去除工业废水中铜离子的吸附剂制备方法，是以质量比为100:8-12:40-50:5-10:5-10:10-15的剑麻渣、聚丙烯酸钠、鼠尾藻粉、硫脲、石墨烯和木薯淀粉作为原料，通过微波加热法制成吸附剂，具体操作步骤如下：
（1）将100份剑麻渣粉碎，加入氢氧化钠溶液浸泡4-6h,再用水洗涤剑麻渣至中性，得剑麻渣纤维素；在剑麻渣纤维素中加入8-12份聚丙烯酸钠，再加入100-150份水，混合均匀，在温度为70-80℃下干燥2-3h，得改性剑麻渣；
(2)取鼠尾藻粉40-50份和硫脲5-10份加入超声波搅拌器，再加入适量水进行超声反应，将反应后的糊状物置于70-90℃的烘箱中加热干燥1-2h，得改性鼠尾藻粉；
(3)将上述改性剑麻渣、改性鼠尾藻粉加入搅拌器，加入石墨烯5-10份和木薯淀粉10-15份，再加入水调成糊状，将糊状物放入微波加热设备，在温度为80-120℃下微波60-90min，冷却至室温，研磨，即得铜离子吸附剂。
优选的，以上步骤（1）是将剑麻渣粉碎至40-60目。
优选的，以上所述氢氧化钠的浓度为3-5mol/L。
优选的，以上所述鼠尾藻粉是将新鲜鼠尾藻洗净，干燥至含水量为10%，再粉碎至100目，即得鼠尾藻粉。
优选的，以上步骤（2）所述的超声反应是在超声频率为40-60kHz下超声反应30-60min。
优选的，以上步骤（3）所述微波的功率为200-300W。
优选的，以上步骤（3）所述研磨是将物料研磨至粒径为0.5-1.0mm。
与现有技术相比，本发明的优点和有益效果为：
1、本发明制备的吸附剂具有原料来源广泛、成本低廉、比表面积大、吸附容量大、吸附效率高、制备工艺简单、环保易降解等优点，对铜离子具有很好的吸附性能，在工业废水处理中具有广阔的市场前景。
2、本发明以农作物废弃物剑麻渣作为主要原料，不仅原料来源广泛，价格低廉，还能实现废弃物的资源化回收利用，扩大了剑麻渣的应用价值。
3、本方法利用氢氧化钠和聚丙烯酸钠对剑麻渣进行改性，可以去除剑麻渣的色素、木质素和半纤维素等物质，由于聚丙烯酸钠分子链上具有大量的羧基等活性基团，具有吸附金属离子的作用，提高吸附剂的吸附性能。
4、本发明以分布广泛、繁殖速度快、生长周期短的鼠尾藻作为原料，鼠尾藻的多空结构可为重金属提供有效地吸附位点，同时鼠尾藻富含蛋白质、多糖及粗纤维等多种大分子物质，含有大量的羟基、羧基和氨基等官能团，可与重金属离子发生较为完全的络合反应，从而达到更好的吸附效果。
5、本方法采用超声波处理鼠尾藻粉，能够快速破碎植物的细胞壁，使更多的内部功能团暴露出来与金属离子结合，对废水重金属铜离子的吸附效果显著提高。
6、本发明采用硫脲对鼠尾藻粉进行改性，可以使吸附剂赋予更大的比表面积和吸附容量，提高吸附剂对铜离子的吸附性能。
7、本方法在吸附剂的制备过程中加入石墨烯，可提高吸附剂的比表面积和吸附容量大。
8、本发明采用微波法加热，具有加热速度快、受热体系温度均匀、耗能低等优点。
9、本发明方法制得的吸附剂具有良好的吸附性能，其中吸附剂的比表面积为180-250m2/g，对铜离子的吸附率达到95%以上。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明进一步说明，但不限于本发明的保护范围。
实施例1
一种去除工业废水中铜离子的吸附剂制备方法，具体操作步骤如下：
（1）将100kg剑麻渣粉碎至40目，加入浓度为5mol/L的氢氧化钠溶液浸泡4h,再用水洗涤剑麻渣至中性，得剑麻渣纤维素；在剑麻渣纤维素中加入8kg聚丙烯酸钠，再加入100kg水，混合均匀，在温度为70℃下干燥3h，得改性剑麻渣；
(2)取鼠尾藻粉40kg和硫脲5kg加入超声波搅拌器，再加入80kg水在超声频率为50kHz下超声反应30min，将反应后的糊状物置于70℃的烘箱中加热干燥2h，得改性鼠尾藻粉；
(3)将上述改性剑麻渣、改性鼠尾藻粉加入搅拌器，加入石墨烯8kg和木薯淀粉10kg，再加入水调成糊状，将糊状物放入微波加热设备，在功率为200W、温度为100℃下微波80min，冷却至室温，将物料研磨至粒径为0.5mm，即得铜离子吸附剂。
实施例2
一种去除工业废水中铜离子的吸附剂制备方法，具体操作步骤如下：
（1）将100kg剑麻渣粉碎至40目，加入浓度为3mol/L的氢氧化钠溶液浸泡6h,再用水洗涤剑麻渣至中性，得剑麻渣纤维素；在剑麻渣纤维素中加入10kg聚丙烯酸钠，再加入150kg水，混合均匀，在温度为80℃下干燥2.5h，得改性剑麻渣；
(2)取鼠尾藻粉50kg和硫脲8kg加入超声波搅拌器，再加入100kg水在超声频率为40kHz下超声反应30min，将反应后的糊状物置于80℃的烘箱中加热干燥2h，得改性鼠尾藻粉；
(3)将上述改性剑麻渣、改性鼠尾藻粉加入搅拌器，加入石墨烯10kg和木薯淀粉12kg，再加入水调成糊状，将糊状物放入微波加热设备，在功率为250W、温度为120℃下微波60min，冷却至室温，将物料研磨至粒径为0.5mm，即得铜离子吸附剂。
实施例3
一种去除工业废水中铜离子的吸附剂制备方法，具体操作步骤如下：
（1）将100kg剑麻渣粉碎至60目，加入浓度为5mol/L的氢氧化钠溶液浸泡6h,再用水洗涤剑麻渣至中性，得剑麻渣纤维素；在剑麻渣纤维素中加入12kg聚丙烯酸钠，再加入120kg水，混合均匀，在温度为80℃下干燥2.5h，得改性剑麻渣；
(2)取鼠尾藻粉45kg和硫脲10kg加入超声波搅拌器，再加入100kg水在超声频率为50kHz下超声反应45min，将反应后的糊状物置于90℃的烘箱中加热干燥1h，得改性鼠尾藻粉；
(3)将上述改性剑麻渣、改性鼠尾藻粉加入搅拌器，加入石墨烯8kg和木薯淀粉15kg，再加入水调成糊状，将糊状物放入微波加热设备，在功率为300W、温度为120℃下微波80min，冷却至室温，将物料研磨至粒径为1.0mm，即得铜离子吸附剂。
实施例4
一种去除工业废水中铜离子的吸附剂制备方法，具体操作步骤如下：
（1）将100kg剑麻渣粉碎至60目，加入浓度为5mol/L的氢氧化钠溶液浸泡5h,再用水洗涤剑麻渣至中性，得剑麻渣纤维素；在剑麻渣纤维素中加入12kg聚丙烯酸钠，再加入120kg水，混合均匀，在温度为80℃下干燥2h，得改性剑麻渣；
(2)取鼠尾藻粉40kg和硫脲8kg加入超声波搅拌器，再加入80kg水在超声频率为50kHz下超声反应60min，将反应后的糊状物置于90℃的烘箱中加热干燥1h，得改性鼠尾藻粉；
(3)将上述改性剑麻渣、改性鼠尾藻粉加入搅拌器，加入石墨烯8kg和木薯淀粉12kg，再加入水调成糊状，将糊状物放入微波加热设备，在功率为250W、温度为110℃下微波80min，冷却至室温，将物料研磨至粒径为1.0mm，即得铜离子吸附剂。
吸附剂的使用方法为：在室温条件下，将1g的吸附剂投入1L含有铜离子的废水中，控制pH为6.5，在转速为300r/min下搅拌30min，分离出吸附剂，即可去除工业废水中铜离子。
以下对实施例1-4制得的吸附剂进行吸附性能的测定。其中采用比表面积测定吸附剂的比表面积。采用原子吸收分光光度法测定铜离子的浓度，再根据以下公式计算出吸附率，测定结果如下表所示。
ŋ=(C0-Ci)×100% /C0
其中C0、Ci为废水中铜离子吸附前后的含量（mg/L)，ŋ为吸附率。
从测定结果可以看出，本发明制备的吸附剂具有较大的比表面积，对铜离子的吸附率达到95%以上，在铜离子废水处理中具有广阔的应用前景。
以上内容不能认定本发明具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (7)

1.一种去除工业废水中铜离子的吸附剂制备方法，其特征在于：是以质量比为100:8-12:40-50:5-10:5-10:10-15的剑麻渣、聚丙烯酸钠、鼠尾藻粉、硫脲、石墨烯和木薯淀粉作为原料，通过微波加热法制成吸附剂，具体操作步骤如下：
将100份剑麻渣粉碎，加入氢氧化钠溶液浸泡4-6h,再用水洗涤剑麻渣至中性，得剑麻渣纤维素；在剑麻渣纤维素中加入8-12份聚丙烯酸钠，再加入100-150份水，混合均匀，在温度为70-80℃下干燥2-3h，得改性剑麻渣；
取鼠尾藻粉40-50份和硫脲5-10份加入超声波搅拌器，再加入适量水进行超声反应，将反应后的糊状物置于70-90℃的烘箱中加热干燥1-2h，得改性鼠尾藻粉；
将上述改性剑麻渣、改性鼠尾藻粉加入搅拌器，加入石墨烯5-10份和木薯淀粉10-15份，再加入水调成糊状，将糊状物放入微波加热设备，在温度为80-120℃下微波60-90min，冷却至室温，研磨，即得铜离子吸附剂。
2.根据权利要求1所述去除工业废水中铜离子的吸附剂制备方法，其特征在于：步骤（1）是将剑麻渣粉碎至40-60目。
3.根据权利要求1所述去除工业废水中铜离子的吸附剂制备方法，其特征在于：所述氢氧化钠的浓度为3-5mol/L。
4.根据权利要求1所述去除工业废水中铜离子的吸附剂制备方法，其特征在于：所述鼠尾藻粉是将新鲜鼠尾藻洗净，干燥至含水量为10%，再粉碎至100目，即得鼠尾藻粉。
5.根据权利要求1所述去除工业废水中铜离子的吸附剂制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的超声反应是在超声频率为40-60kHz下超声反应30-60min。
6.根据权利要求1所述去除工业废水中铜离子的吸附剂制备方法，其特征在于：步骤（3）所述微波的功率为200-300W。
7.根据权利要求1所述去除工业废水中铜离子的吸附剂制备方法，其特征在于：步骤（3）所述研磨是将物料研磨至粒径为0.5-1.0mm。
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