CN106268681A - 一种利用虾蟹壳制备环境友好型染料吸附剂的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用虾蟹壳制备环境友好型染料吸附剂的方法，其是以废弃虾蟹壳为原料，将虾蟹壳用水清洗干净后，晾干，破碎，然后于盐酸中进行浸泡，取出后用水冲洗至中性，干燥，即得所述染料吸附剂。本发明利用虾蟹壳中的甲壳质及盐酸去除碳酸钙过程中形成的多孔结构对染料物质有良好吸附效果的特性，将废弃虾蟹壳经简单处理制备成高效吸附材料，将其与染料废水混合，对染料分子的去除率可达97％以上，并可实现固液分离，有利于高效、快速、低成本的处理染料废水。

Description

一种利用虾蟹壳制备环境友好型染料吸附剂的方法
技术领域
本发明属于吸附剂材料制备技术领域，具体涉及一种利用虾蟹壳制备环境友好型染料吸附剂的方法。
背景技术
随着纺织、印染工业的快速发展，大量废水排放造成的污染也日益严重。在印染加工过程中，约有10％～20％的染料随废水排出，而每排放1吨染料废水，就会污染20吨水体，使大量的水源受到严重污染。而印染工业废水由于具有组分复杂、常含有多种染料、色度深、毒性强、难降解、pH值波动大，且浓度高、水量大的特点，是极难处理的工业废水之一。大多数染料为有毒难降解有机物，化学稳定性强，具有致癌、致畸、致突变作用，直接危害人类健康，严重破坏水体、土壤及生态环境。无疑，如何科学地应对工业快速发展引起的环境化学污染所带来的挑战，突破环境污染处理的瓶颈，让快速的经济发展能有效地利于生态环境的保护，已成为科学研究的一项当务之急！
同时，我国海域辽阔、湖泊众多，蟹、虾等资源的年捕捞量在几百万吨以上。据估计，每年食用后废弃的蟹、虾壳约有几十万吨，这不仅对对资源造成浪费，也对生活环境带来污染。随着虾、蟹需求量的增加，使原本为废弃物的虾蟹壳变废为宝，已成为海洋生物科技深度开发和产业化发展的重要方向。如以虾壳蟹壳为原料，可以加工成极富科技含量的甲壳素及壳聚糖等衍生物，而利用壳聚糖制成海绵状有序多孔的纳米吸附材料，使虾壳蟹壳废弃物最终成为绿色环保的水净化剂，已成为当今废弃物资源化利用的研究热点。但是通过虾蟹壳提取壳聚糖应用于污水处理，其成本高，工艺复杂。所以利用废弃的虾蟹壳为原料，开发低成本、高效的用于印染及纺织工业污水处理的染料吸附剂已显得非常重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用虾蟹壳制备环境友好型染料吸附剂的方法，其制备成本低廉，所得材料对染料物质具有高效、快速的吸附能力，适用于印染及纺织工业的废水处理。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种利用虾蟹壳制备环境友好型机染料吸附剂的方法，是以废弃虾蟹壳为原料，将虾蟹壳用水清洗干净，以除去杂物，然后于日光下晾干，破碎成碎片，再于盐酸中进行浸泡，以使虾蟹壳完全软化，完全去除所含碳酸钙，取出后反复用水冲洗至中性，于干燥箱中干燥，得吸附材料，即为所述染料吸附剂。
所用盐酸浓度为0.2~1.0 mol/L，浸泡时间为2-4h；优选地，所用盐酸浓度为0.5mol/L，浸泡时间为2h。
干燥温度为60℃，干燥时间为3h。
本发明的显著优点在于：
（1）本发明根据虾蟹壳中含甲壳质及虾蟹壳经盐酸去除碳酸钙后可形成多孔结构的特点，利用废弃的虾蟹壳制备多孔吸附材料，不仅可实现废弃虾蟹壳的资源化利用，还可达到“以废治废”的效果，可大幅度降低染料废水的处理成本。
（2）本发明采用一定浓度盐酸浸泡废弃虾蟹壳，以有效除去废弃虾蟹壳中的碳酸钙，使材料形成多孔状结构，以提高材料的比表面积，进而大幅度提高其吸附能力和吸附速度，其制备工艺简便。
（3）本发明制备的染料吸附剂可紧密结合染料物质，处理后的废水几乎不含染料物质，处理效果稳定，并便于实现固液分离。
（4）经检测，本发明所得吸附剂对废水中染料的去除率可达97％以上，其中，对罗丹明B的吸附倍率可达26.7~32.4mg/g，对活性艳红的吸附倍率可达24.9~29.7mg/g，适用于印染及纺织工业的废水处理。
具体实施方式
为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。
实施例1
将废弃虾壳用水清洗干净，然后于日光下晾干，破碎成规格1cm左右的碎片，再分别于0.0、0.2、0.5、0.8、1.0 mol/L的盐酸中搅拌2h，取出后反复用水冲洗至中性，于60℃干燥箱中干燥3h，即得不同盐酸处理的染料吸附材料。
分别取100 mg所得染料吸附材料加入到200 mL 10-3M的罗丹明B溶液中，静置5h，离心分离，然后采用分光光度法检测处理后的水，结果见表1。
表1 不同浓度盐酸处理所得染料吸附材料对罗丹明B的吸附试验
实施例2
将废弃蟹壳用水清洗干净，然后于日光下晾干，破碎成规格1cm左右的碎片，再分别于0.0、0.2、0.5、0.8、1.0 mol/L的盐酸中搅拌2h，取出后反复用水冲洗至中性，于60℃干燥箱中干燥3h，即得不同盐酸处理的染料吸附材料。
分别取100 mg所得染料吸附材料加入到200 mL 10-3M的活性艳红溶液中，静置5h，离心分离，然后采用分光光度法检测处理后的水，结果见表2。
表2 不同浓度盐酸处理所得染料吸附材料对活性艳红的吸附试验
从上述实验可以发现，盐酸浓度在0.2~1.0mol/L范围内，所得染料吸附材料均具有染料吸附效果，且其吸附效果受到盐酸浓度的影响，随着盐酸浓度的增加，吸附材料的吸附效果先增加后降低，在盐酸浓度为0.5 mol/L时达到最佳的效果，这可能是由于盐酸浓度过大会对甲壳素有一定的破坏作用。
同时，从表1、2也可以看出，未经盐酸处理的废弃虾蟹壳不具有吸附效果，且在实验中发现，即使处理时间延长到10小时，其也无明显效果。究其原因，可能是由于未经盐酸处理的虾蟹壳中无空隙结构，且虾蟹壳中的含钙无机物影响了甲壳质等有机物与染料的接触，从而造成吸附能力大大降低，而经盐酸处理，去除碳酸钙等含钙无机物后，可明显提高材料的吸附效果。
实施例3
1. 将废弃的虾蟹壳用水清洗干净，然后于日光下晾干，破碎成规格1cm左右的碎片，于0.5mol/L盐酸中浸泡2-4 h以去除碳酸钙，取出后反复用水冲洗至中性，于60℃干燥箱中干燥3h，得到吸附材料；
2. 量取200 mL 10-3M的模拟染料废水（刚果红溶液），将其加入到放有100 mg吸附材料的烧杯中；
3. 用玻璃棒搅拌烧杯中的溶液，然后静置一段时间，以使吸附材料充分吸收废水中的染料；
4. 固液分离，分离出吸附材料，得到处理后的水。
采用分光光度法检测处理后的水，结果显示，刚果红去除率可达98.0%以上，且所得吸附有染料的吸附材料经催化降解染料后可重复利用。
实施例4
1.将废弃的虾蟹壳用水清洗干净，然后于日光下晾干，破碎成规格1cm左右的碎片，于0.8mol/L盐酸中浸泡2-4h以去除碳酸钙，取出后反复用水冲洗至中性，于60℃干燥箱中干燥3h，得到吸附材料；
2. 量取200 mL 10-3M的模拟染料废水（刚果红溶液），将其加入到放有100 mg吸附材料的烧杯中；
3. 用玻璃棒搅拌烧杯中的溶液，然后静置一段时间，以使吸附材料充分吸收废水中的染料；
4. 固液分离，分离出吸附材料，得到处理后的水。
采用分光光度法检测处理后的水，结果显示，刚果红的去除率可达97.0%以上，所得吸附有染料的吸附材料经催化降解染料后可重复利用。
实施例5
分别取100 mL、10 mL/L的活性艳红溶液于7个250 mL的锥形瓶中，调节溶液pH依次为7、8、9、10、11、12、13，分别投加0.1 g实施例2中0.5mol/L盐酸处理后制备的染料吸附材料，25℃、100 r/min条件下处理2 h后，静置30 min，取上清液于离心管中，3000 r/min离心5min，取离心后的上清液测量吸光度，计算去除率，其结果见表3。
表3 不同pH下吸附材料对活性艳红的吸附去除率
已知染料废水为碱性，而由表3结果可见，本发明制备的吸附材料在碱性条件下对染料分子（活性艳红）有较好的去除效果，尤其是当pH值介于7-8时，去除率最好。这可能是由于活性艳红中含有氨基，该官能团可以结合少量质子，因此pH值介于7-8时去除率最高，而当pH值达到12以上时，OH-浓度急剧升高，侵占了吸附剂表面的阳离子吸附点位，导致吸附位点不足，而最终致使去除率下降。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (5)

1.一种利用虾蟹壳制备环境友好型染料吸附剂的方法，其特征在于：以废弃虾蟹壳为原料，将虾蟹壳用水清洗干净后，晾干，破碎，然后于盐酸中进行浸泡，取出后用水冲洗至中性，干燥，即得所述染料吸附剂。
2.根据权利要求1所述利用虾蟹壳制备环境友好型染料吸附剂的方法，其特征在于：所用盐酸浓度为0.2~1.0 mol/L，浸泡时间为2-4 h。
3. 根据权利要求1所述利用虾蟹壳制备环境友好型染料吸附剂的方法，其特征在于：所用盐酸浓度为0.5 mol/L，浸泡时间为2 h。
4.根据权利要求1所述利用虾蟹壳制备环境友好型染料吸附剂的方法，其特征在于：干燥温度为60℃，干燥时间为3h。
5.一种如权利要求1所述方法制得的环境友好型染料吸附剂。
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