CN108786747A - 一种葡萄糖改性花生壳吸附剂的制备及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种葡萄糖改性花生壳吸附剂的制备及应用。首先将花生壳洗净、烘干后用粉碎机粉碎至一定粒径，然后取花生壳粉加入到葡萄糖和稀硫酸的混合液中进行改性，反应完后将花生壳过滤、洗涤至中性再烘干，得到花生壳吸附剂，然后将吸附剂加入到含亚甲基蓝的模拟废水中进行吸附实验，通过测定残余液中亚甲基蓝浓度计算去除率反应出吸附剂的吸附效果。本发明制备的改性花生壳吸附剂去除废水中亚甲基蓝染料吸附率可达到90%以上，并且本发明操作简单，成本低廉，无二次污染，具有产业化前景。
Description
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种葡萄糖改性花生壳吸附剂的制备方法及应用。
背景技术
我国是花生生产大国，年产量约占世界总产量的三分之一，在花生加工过程中的副产品—花生壳年产量约450吨。花生壳是一种农林废弃物,大部分当作燃料或废渣弃去,造成自然资源的极大浪费,直接影响了花生的综合利用价值。花生壳作为废水吸附剂有其天然优势。花生壳表面粗糙、内部多孔及细胞壁的毛细管结构，这些结构有利于对污染物的物理吸附；一般由纤维素、半纤维素、木质素、蛋白质等物质组成，构成元素有C、H、O、N、S等,含有的官能团有羟基、酚羟基、羧基、氨基等，这些物质为吸附奠定了物质基础；花生壳中的H、Ca、Mg等离子,有利于与污染物离子发生离子交换；花生壳中含有高活性的化学基团,有利于对其进行改性和化学修饰,可增大官能团的数量或增加新的官能团,提高选择性和高效性；花生壳废水中受外界酸碱度及污染物质的影响,可使其表面带电,有利于与污染物发生静电作用。同时，花生壳来源广、产量大、可再生，将其用于废水处理，既能净化水质，又能变废为宝，大大降低处理废水的成本，具有广阔的实际应用前景。将花生壳直接用做吸附剂时，机械强度较差、选择性不高，吸附时间长，效率低，且吸附容量有限，不宜直接使用，需要对它进行化学改性。
亚甲基蓝又称为亚甲蓝、次甲蓝、美蓝、品蓝等，是一种芳香杂环化合物。印染废水中的亚甲基蓝能对血红蛋白起氧化作用，使生成高铁血红蛋白。引起恶心、出汗和神志不清等不良反应。目前对于印染废水的处理方法有吸附法、化学试剂氧化法、膜处理法、光催化降解、微生物降解技术等。其中吸附法低成本、吸附效率高、效果稳定，在废水处理问题中广泛使用。寻找一种价廉、高效、无污染、操作方便的吸附剂是当前研究人员重点关注的问题。因此，使用农业废弃物花生壳为原料制备吸附剂，对废水中亚甲基蓝进行吸附具有重要的意义。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提供一种处理亚甲基蓝染料废水的改性花生壳吸附剂，所述吸附剂能最大程度去除废水中的亚甲基蓝；本发明还提供了改性花生壳吸附剂的制备方法及应用。
本发明采用以下技术方案实现上述发明目的：
1、一种处理亚甲基蓝染料废水的改性花生壳吸附剂，所述改性花生壳吸附剂的制备步骤如下：
（1）花生壳的处理：将花生壳洗净，并烘干至恒重。粉碎，过筛，获得粒径为30～40目的花生壳粉，置于干燥器中备用；
（2）取一定量步骤（1）得到的花生壳粉加入到重量为40～70倍的葡萄糖和稀硫酸配制成的改性液中，水浴加热，边加热边搅拌，反应完毕后过滤，用蒸馏水洗至中性，将滤渣移至烘箱烘干，得到改性花生壳粉。
进一步，步骤（2）中所用葡萄糖和稀硫酸混合液中，硫酸浓度为1mol/L，34%的葡萄糖，硫酸与葡萄糖的质量比为1:3。
进一步，步骤（2）中花生壳粉与改性剂的质量比为1: 65。
进一步，步骤（2）中所述的反应温度为80℃，反应时间为4h。
进一步，步骤（1）和步骤（2）中所述烘干温度为55℃。
由上述方法制备的葡萄糖改性花生壳吸附剂。
上述葡萄糖改性花生壳吸附剂吸附印染废水中亚甲基蓝的应用。
应用上述上述葡萄糖改性花生壳吸附剂吸附印染废水中亚甲基蓝的方法，包括以下步骤：将制备的花生壳吸附剂加入到亚甲基蓝废水中，在室温下，pH为2～10进行吸附。
进一步，所述亚甲基蓝废水溶液浓度为0.02 mg/ml。
进一步，加入吸附剂质量与废水溶液体积比为0.1: 200 g/ml。
进一步，所述吸附在室温下，pH值为8，吸附时间是4h。
本发明的有益效果在于：本发明首先用葡萄糖和稀硫酸混合溶液对花生壳粉改性制成吸附剂，通过此化学改性，提高了花生壳粉的活性官能团的数目，改善其机械强度，运用此吸附剂去除废水中的亚甲基蓝染料，去除效果较未改性效果有很大提高。并且该方法所用原料来源丰富，成本低，操作简便。本发明为农林废弃物的利用提供了一种可靠的途径，也为吸附剂处理废水中染料提供了可靠的技术支持。
具体实施方式：
下面对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例1：葡萄糖改性花生壳吸附剂的制备条件的优化
本发明从水浴温度、改性剂葡萄糖和稀硫酸的质量比、花生壳与改性剂用量比、改性时间四个方面对葡萄糖改性花生壳吸附剂的制备条件进行了优化，并通过测定去除率进行了条件的验证。
1、水浴温度的确定
葡萄糖改性花生壳吸附剂去除废水中亚甲基蓝染料的方法如下：
（1）将花生壳洗净，并烘干至恒重。粉碎，过筛，获得粒径为30～40目的花生壳粉，置于干燥器中备用；
（2）取花生壳粉1g，加入改性剂40g，改性剂C6H12O6：H2SO4质量比为1:3。在恒温55℃、65℃、75℃、80℃、85℃水浴锅中加热2h，边加热边搅拌，反应完毕后过滤，用蒸馏水洗至中性，将滤渣移至烘箱55℃烘1h，得到花生壳吸附剂，其中硫酸浓度为1mol/L，葡萄糖溶液为34%；
（3）准确移取0.01mg/ml亚甲基蓝溶液200ml；加入改性花生壳0.1g，在室温下振荡2h。测定残余液中亚甲基蓝的浓度，计算去除率，记录数据见表1。
表1不同水浴温度下葡萄糖改性花生壳吸附剂去除染料废水中亚甲基蓝的去除率
| 温度/℃ | 55 | 65 | 75 | 80 | 85 | 未改性 |
| 去除率 | 52.30% | 61.54% | 65.87% | 68.76% | 65.73% | 47.58% |
由表1可以看出水浴温度为80℃去除效果最好，对亚甲基蓝去除率为68.76%，且较未改性花生壳粉去除率有较大提高。
2、改性剂剂量的确定
葡萄糖改性花生壳吸附剂去除废水中亚甲基蓝染料的方法如下：
（1）将花生壳洗净，并烘干至恒重。粉碎，过筛，获得粒径为30～40目的花生壳粉，置于干燥器中备用；
（2）准确称取花生壳粉1g 5份，分别加入质量为40g、50、60g、65g、70g的改性试剂。改性剂为34%的葡萄糖和1mol/L H2SO4的混合液，其中葡萄糖和硫酸质量比为C6H12O6：H2SO4 = 1：3。80℃水浴加热2h边加热边搅拌。反应完毕后过滤，用蒸馏水洗至中性，将滤渣移至烘箱55℃烘1h，得到花生壳吸附剂；
（3）准确移取0.01mg/ml亚甲基蓝溶液200ml；加入花生壳吸附剂比例的花生壳吸附剂0.1在室温下振荡2h。测定残余液中亚甲基蓝的浓度，计算去除率，记录数据见表2。
表2不同改性剂剂量下葡萄糖改性花生壳吸附剂去除染料废水中亚甲基蓝的去除率
| 改性剂质量/g | 40 | 50 | 60 | 65 | 70 | 未改性 |
| 去除率 | 45.22% | 50.13% | 52.59% | 65.00% | 55.19% | 47.58% |
由表2可以看出改性剂剂量为6.5g时去除效果最好，对亚甲基蓝的去除率为65%，且较未改性花生壳粉去除率有较大提高。
3、改性剂配比的确定
葡萄糖改性花生壳吸附剂去除废水中亚甲基蓝染料的方法如下：
（1）将花生壳洗净，并烘干至恒重。粉碎，过筛，获得粒径为30～40目的花生壳粉，置于干燥器中备用；
（2）取1g花生壳粉5份，加入改性剂65g，其中葡萄糖与硫酸质量比分别为1:1, 1:3, 1:5, 1:7, 7:1。80℃水浴加热2h，边加热边搅拌，反应完毕后过滤，用蒸馏水洗至中性，将滤渣移至烘箱55℃烘1h，得到花生壳改性吸附剂，其中硫酸浓度为1mol/L，葡萄糖溶液为34%；
（3）准确移取0.01mg/ml亚甲基蓝溶液200ml；加入改性之后的花生壳吸附剂0.1g，在室温下振荡2h。测定残余液中亚甲基蓝的浓度，计算去除率记录数据如表3.
表3不同改性剂配比下葡萄糖改性花生壳吸附剂去除染料废水中亚甲基蓝的去除率
| 改性剂质量比 | 1:1 | 1：3 | 1：5 | 1:7 | 7：1 | 未改性 |
| 去除率 | 68.32% | 66.74% | 66.30% | 57.78% | 65.87% | 47.58% |
由表3可以看出改性剂配比为1:1（质量比）时去除效果最好，对亚甲基蓝的去除率为68.32%，且较未改性花生壳粉去除率有较大提高。
4、改性时间的确定
葡萄糖改性花生壳吸附剂去除废水中亚甲基蓝染料的方法如下：
（1）将花生壳洗净，并烘干至恒重。粉碎，过筛，获得粒径为30～40目的花生壳粉，置于干燥器中备用；
（2）取1g花生壳粉5份，加入改性剂65g，其中C6H12O6：H2SO4质量比为1:1。在80℃水浴边加热边搅拌，水浴时间分别为1h、2h、4h、8h、10h。反应完毕后过滤，用蒸馏水洗至中性，将滤渣移至烘箱55℃烘1h，得到花生壳吸附剂；其中硫酸浓度为1mol/L，葡萄糖溶液为34%；
（3）准确移取0.02mg/ml亚甲基蓝溶液200ml；调节pH分别为8，加入花生壳吸附0.1g，在室温下振荡2h。测定残余液中亚甲基蓝的浓度，计算去除率，记录数据如表4。
表4不同改性剂时间下葡萄糖改性花生壳吸附剂去除染料废水中亚甲基蓝的去除率
| 时间/h | 1 | 2 | 4 | 8 | 10 | 未改性 |
| 去除率 | 75.14% | 75.14% | 87.70% | 87.55% | 88.13% | 47.58% |
由表4可以看出改性剂时间为4h时去除效果最好，对亚甲基蓝的去除率为87.70%，且较未改性花生壳粉去除率有较大提高。
实施例2：用葡萄糖改性花生壳吸附剂去除废水中亚甲基蓝方法条件的优化
本实施例根据实施例1优化的条件制备葡萄糖改性花生壳吸附剂，再从吸附时间、吸附剂用量、废液pH和吸附反应温度四个方面对用葡萄糖改性花生壳吸附剂去除废水中亚甲基蓝染料方法进行了条件优化，并通过计算去除率验证条件的可靠性。
1、废水pH的确定
葡萄糖改性花生壳吸附剂去除废水中亚甲基蓝染料方法如下：
（1）将花生壳洗净，并烘干至恒重。粉碎，过筛，获得粒径为30～40目的花生壳粉，置于干燥器中备用；
（2）取1g花生壳粉5份，加入改性剂65g，其中C6H12O6：H2SO4质量比为1:1。在80℃水浴边加热边搅拌，水浴时间分别为4h。反应完毕后过滤，用蒸馏水洗至中性，将滤渣移至烘箱55℃烘1h，得到花生壳吸附剂；其中硫酸浓度为1mol/L，葡萄糖溶液为34%；
（3）准确移取0.01mg/ml亚甲基蓝溶液200ml；加入花生壳吸附剂0.1g，调节废液pH分别为2、4、6、8、10，在室温下振荡2h。测定残余液中亚甲基蓝的浓度，计算去除率，记录数据如表5。
表5废液不同pH对去除废水中亚甲基蓝染料去除率的影响
| pH | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 |
| 去除率 | 8.99% | 12.45% | 75.40% | 90.41% | 83.48% |
由表5可以看出废液pH为8时去除率为90.41%。
2、吸附时间的确定
葡萄糖改性花生壳吸附剂去除废水中亚甲基蓝染料方法如下：
（1）将花生壳洗净，并烘干至恒重。粉碎，过筛，获得粒径为30～40目的花生壳粉，置于干燥器中备用；
（2）取1g花生壳粉5份，加入改性剂65g，其中C6H12O6：H2SO4质量比为1:1。在80℃水浴边加热边搅拌，水浴时间分别为4h。反应完毕后过滤，用蒸馏水洗至中性，将滤渣移至烘箱55℃烘1h，得到花生壳吸附剂；其中硫酸浓度为1mol/L，葡萄糖溶液为34%；
（3）准确移取0.02mg/ml亚甲基蓝溶液200ml；调节溶液pH为8，分别加入改性花生壳0.1g。在室温下振荡，时间分别为0.5h、1h、2h、4h、6h。测定残余液中亚甲基蓝的浓度，计算去除率，记录数据如表6。
表6不同吸附时间对去除废水中亚甲基蓝染料去除率的影响
| 吸附时间/h | 0.5 | 1 | 2 | 4 | 6 |
| 去除率 | 73.19% | 85.89% | 80.91% | 92.46% | 90.95% |
由表6可以看出，当吸附时间为4h时，去除率可达到92.46%。
3、吸附剂用量的确定
葡萄糖改性花生壳吸附剂去除废水中亚甲基蓝染料方法如下：
（1）将花生壳洗净，并烘干至恒重。粉碎，过筛，获得粒径为30～40目的花生壳粉，置于干燥器中备用；
（2）取1g花生壳粉5份，分别加入改性剂65g，其中C6H12O6：H2SO4质量比为1:1。在80℃水浴边加热边搅拌，水浴时间分别为4h。反应完毕后过滤，用蒸馏水洗至中性，将滤渣移至烘箱55℃烘1h，得到花生壳吸附剂；其中硫酸浓度为1mol/L，葡萄糖溶液为34%；
（3）准确移取0.02mg/ml亚甲基蓝溶液200ml；调节溶液pH为8，分别加入改性花生壳0.05g, 0.1g, 0.15g, 0.20g, 0.25g，在室温下振荡4h，测定残余液中亚甲基蓝的浓度，计算去除率，记录数据如表7。
表7不同吸附时间对去除废水中亚甲基蓝染料去除率的影响
| 吸附剂用量/g | 0.05 | 0.1 | 0.15 | 0.20 | 0.25 |
| 去除率 | 62.29% | 95.5% | 95.4% | 95.46% | 95.52% |
由表7可以看出，当吸附剂的量在0.1g/200ml以上时，亚甲基蓝的去除率均可达到95%以上。
4、吸附温度的确定
葡萄糖改性花生壳吸附剂去除废水中亚甲基蓝染料方法如下：
（1）将花生壳洗净，并烘干至恒重。粉碎，过筛，获得粒径为30～40目的花生壳粉，置于干燥器中备用；
（2）取1g花生壳粉5份，分别加入改性剂65g，其中C6H12O6：H2SO4质量比为1:1。在80℃水浴边加热边搅拌，水浴时间分别为4h。反应完毕后过滤，用蒸馏水洗至中性，将滤渣移至烘箱55℃烘1h，得到花生壳吸附剂；其中硫酸浓度为1mol/L，葡萄糖溶液为34%；
（3）准确移取0.02mg/ml亚甲基蓝溶液200ml；调节溶液pH为8，分别加入改性花生壳0.1g, 在25℃，30℃，35℃，40℃，45℃下振荡4h，测定残余液中亚甲基蓝的浓度，计算去除率，记录数据如表8。
表8不同吸附温度对去除废水中亚甲基蓝染料去除率的影响
| 吸附温度/℃ | 25 | 30 | 35 | 40 | 45 |
| 去除率 | 95.59% | 94.5% | 95.25% | 95.13% | 95.1% |
由表8可以看出，25℃时吸附率最高，达到95.59%。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对去作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (12)
1.一种葡萄糖改性花生壳吸附剂的制备及应用，其特征是包括以下步骤：
（1）将花生壳清洗后烘干，用粉碎机粉碎过分子筛，得到30~40目的花生壳粉；
（2）将步骤（1）得到的花生壳粉加入到重量为40~70倍的葡萄糖和稀硫酸配制成的改性液中，水浴加热，边加热边搅拌，反应完毕后过滤，用蒸馏水洗至中性，将滤渣移至烘箱烘干待用，得到改性花生壳吸附剂。
2.如权利1所述的处理亚甲基蓝染料废水的改性花生壳吸附剂，其特征在于，步骤（1）中所用花生壳粉粒径为40目。
3.如权利1所述的处理亚甲基蓝染料废水的改性花生壳吸附剂，其特征在于，步骤（2）中所用葡萄糖和稀硫酸混合液中，硫酸浓度为1mol/L，34%的葡萄糖，硫酸与葡萄糖的质量比为1:3。
4.如权利1所述的处理亚甲基蓝染料废水的改性花生壳吸附剂，其特征在于，步骤（2）中花生壳粉与改性剂的质量比为1: 65。
5.如权利1所述的处理亚甲基蓝染料废水的改性花生壳吸附剂，其特征在于，步骤（2）中所述的反应温度为80℃，反应时间为4h。
6.如权利1所述的处理亚甲基蓝染料废水的改性花生壳吸附剂，其特征在于，步骤（2）中所述烘干温度为55℃。
7.由权利要求1-6任一项所述方法制备的葡萄糖改性花生壳吸附剂。
8.权利要求7所述葡萄糖改性花生壳吸附剂去除废水中亚甲基蓝染料的应用。
9.应用权利7中要求所述葡萄糖改性花生壳吸附剂去除废水中亚甲基蓝染料的方法，其特征在于，包括以下步骤：将葡萄糖改性花生壳吸附剂加入到亚甲基蓝染料废水中，在室温下，pH为6~10进行吸附实验。
10.根据权利9所述应用葡萄糖改性花生壳吸附剂去除废水中亚甲基蓝染料的方法，其特征在于：所述亚甲基蓝染料的浓度为0.02mg/ml。
11.根据权利9所述应用葡萄糖改性花生壳吸附剂去除废水中亚甲基蓝染料的方法，其特征在于：加入吸附剂质量与废水溶液体积比为0.1: 200 g/ml。
12.根据权利9所述应用葡萄糖改性花生壳吸附剂去除废水中亚甲基蓝染料的方法，其特征在于：所述吸附在室温下，废液pH为8，吸附时间是4h。
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