CN109464992B - 一种吸附废水中重金属镉的吸附剂组合物 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种吸附废水中重金属镉的吸附剂组合物，属于工业废水处理技术领域。所述吸附剂组合物包括下述重量份的组分：改性秸秆粉30‑60份、改性硅藻土15‑50份、腐殖酸2‑4份、啤酒酵母泥5‑10份和壳聚糖5‑10份；所述改性秸秆粉是秸秆粉经过碱性溶液处理，并真空浸注到前驱体溶液中制得；所述改性硅藻土是硅藻土经壳聚糖和冰醋酸处理制得。本申请的吸附剂组合物对废水中重金属镉的吸附率高、吸附速度快，经本申请的吸附剂处理的含镉废水均可达到国家污水综合排放的标准。

Description

一种吸附废水中重金属镉的吸附剂组合物
技术领域
本申请涉及一种吸附废水中重金属镉的吸附剂组合物，属于工业废水处理技术领域。
背景技术
镉和锌是同族元素，在自然界中镉常与锌、铅共生。当环境受到镉污染后，镉可在生物体内富集，通过食物链进入人体引起慢性中毒。镉对人身体健康也有严重的影响，它是人体非必须的有毒元素，并且有致癌、制畸的作用。
硅藻土的化学成分主要是二氧化硅，硅藻土处理城市污水技术是一项物化法污水处理技术，高效的改性硅藻土污水处理剂是该技术的关键，但是这项技术在理论和实际工程应用都还存在一些问题有待解决。秸秆在我国广泛存在，每年都产生大量的秸秆，在废水处理应用秸秆是一种变废为宝的举措。
我国对含镉废水有明确规定，故含镉废水的优化处理方法就成为新研究的对象。现代各国对镉污染已经引起重视，国家明文规定，工业废水中镉的最高容许排放浓度为0.1mg/L。但现有技术中存在吸附镉的成本高，吸附效率低等问题。
发明内容
本申请所要解决的技术问题是提供一种吸附废水中重金属镉的吸附剂组合物,该吸附剂组合物具有高吸附率，高吸附速度的优点，同时不会造成二次污染。
为实现上述目的，本申请所要解决的技术方案为：
本申请提供一种吸附废水中重金属镉的吸附剂组合物，其特征在于，所述吸附剂组合物包括下述重量份数的组分：改性秸秆粉30-60份、改性硅藻土15-50份、腐殖酸2-4份、啤酒酵母泥5-10份和壳聚糖5-10份。优选地，改性秸秆粉35-55份、改性硅藻土20-40份、腐殖酸3份和啤酒酵母泥6-8份，壳聚糖6-8份。进一步地，改性秸秆粉40-50份、改性硅藻土25-35份，腐殖酸3份，啤酒酵母泥7份，壳聚糖7份。
可选地，所述改性秸秆粉是由秸秆粉经过碱性溶液处理，并真空浸注到前驱体溶液中制得。
可选地，所述改性硅藻土是硅藻土经壳聚糖和冰醋酸处理制得。
可选地，碱性溶液选自NaOH溶液、KOH溶液、Na2CO3溶液、NaHCO3溶液、K2CO3溶液和KHCO3溶液中的至少一种。
可选地，所述前驱体溶液包括偏铝酸盐。优选地，偏铝酸盐为NaAlO2或KAlO2。
可选地，所述硅藻土经壳聚糖和冰醋酸处理得改性硅藻土，其中所述改性硅藻土的原料硅藻土、壳聚糖和冰醋酸的质量比为100：10-30：10-30。优选地，所述改性硅藻土的原料硅藻土、壳聚糖和冰醋酸的质量比为100:12-20:12-20。
作为一种实施方式，所述改性秸秆粉的制备方法包括以下步骤：
(1)将秸秆粉碎后在质量分数为5％-10％碳酸钾溶液中浸泡，浸泡后取出洗净烘干，浸泡的温度为55-65℃，时间为6-15h；
(2)将质量分数10-20％的偏铝酸盐为前驱体溶液；
(3)将步骤(1)制得的秸秆粉真空浸注到步骤(2)制得的前驱体溶液中；
(4)将步骤(3)制得的产物进行水热反应制得所述改性秸秆粉，所述水热反应的温度为160-200℃，时间为8-12h。
优选地，水热反应的温度为160-180℃，时间为9-11h。
优选地，碳酸钾的质量分数为6％、7％或8％，浸泡温度为60℃，浸泡时间9-12h。
优选地，偏铝酸盐溶液中偏铝酸根的质量分数为13-17％。
作为一种实施方式，所述改性硅藻土的制备方法包括以下步骤：
(1)将质量比为1：48：1的冰醋酸、水和壳聚糖混合溶解，即制得壳聚糖溶液；
(2)将质量比为1：6-10的硅藻土和步骤(1)制得的壳聚糖溶液混合；
(3)将步骤(2)制得产物干燥、研磨，即得到壳聚糖改性硅藻土。
优选地，硅藻土和壳聚糖的质量比为1:7-9。
可选地，所述秸秆粉选自水稻秸秆粉、玉米秸秆粉和小麦秸秆粉中的至少一种。
可选地，所述吸附剂组合物的制备方法包括以下步骤：
将壳聚糖、改性秸秆粉、改性硅藻土、丙烯酸和过硫酸钾聚合生成的产物与腐殖酸和酵母泥混合制得所述的吸附剂组合物。
根据本申请的又一方面，提供了一种吸附剂组合物在吸附废水中重金属镉的应用，所述的吸附剂组合物选自上述的吸附剂组合物。
本申请的有益效果包括但不限于：
(1)本申请制备的吸附剂组合物包括具有孔结构的块状物体吸附结束后容易处理回收处理，且吸附废水中的镉元素的效率高，吸附速度快。
(2)本申请的吸附剂组合物可高效处理废水中的镉元素，且不会对环境造成二次污染，吸附剂组合物可在脱附后循环使用，并可作为肥料使用。
具体实施方式
下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。
如无特别说明，本申请的实施例中的涉及的原料等均通过商业途径购买。
实施例1吸附剂组合物1#的制备
改性小麦秸秆粉1#的制备：
(1)将小麦秸秆用自来水洗净并烘干，然后用粉碎机将其粉碎，得到小麦秸秆粉；
(2)将所得小麦秸秆粉加入到5％的碳酸钾溶液中，在60℃浸泡6h，取出后洗净烘干；
(3)配置质量分数为10％的NaAlO2溶液作为前驱体溶液；
(4)将步骤(2)得到的小麦秸秆粉真空浸注到步骤(3)中的前驱体溶液中；
(5)将浸注后的小麦秸秆粉在160℃的水热反应釜中恒温8小时，冷却至室温，取出清洗，真空干燥小麦秸秆粉，得改性小麦秸秆粉1#。
改性硅藻土1#的制备：
(1)将2％的冰醋酸加入96％水后搅拌溶解，然后加入2％的壳聚糖，加热搅拌，直至壳聚糖溶解，得壳聚糖溶液；
(2)称取一定量的硅藻土，按质量比1：6加入到步骤(1)得到的壳聚糖溶液中混合均匀并静置；
(3)将步骤(2)得到的改性硅藻土在110℃的条件下干燥，研磨，得到壳聚糖改性硅藻土1#。
吸附剂组合物1#的制备：
(1)称取前述得到的改性小麦秸秆粉1#30g、改性硅藻土1#15g、腐殖酸2g、啤酒酵母泥5g和壳聚糖5g；
(2)将称取的壳聚糖与丙烯酸混合后加入过硫酸钠搅拌均匀，然后加入称取的改性小麦秸秆粉1#和改性硅藻土1#，搅拌2小时，静置后，洗涤干燥；
(3)最后将步骤(2)得到的产物与称取的腐殖酸和啤酒酵母泥均匀混合，即制得吸附剂组合物1#。
实施例2吸附剂组合物2#的制备
制备吸附剂组合物2#，其制备方法与实施例1不同之处为：
(1)称取实施例1中改性小麦秸秆粉1#60g、改性硅藻土1#50g、腐殖酸4g、啤酒酵母泥10g和壳聚糖10g。
实施例3吸附剂组合物3#的制备
制备吸附剂组合物3#，其制备方法与实施例1不同之处为：
(1)称取实施例1中改性小麦秸秆粉1#45g、改性硅藻土1#30g、腐殖酸3g、啤酒酵母泥7g和壳聚糖7g。
实施例4吸附剂组合物4#的制备
改性小麦秸秆粉2#的制备：
(1)将小麦秸秆用自来水洗净并烘干，然后用粉碎机将其粉碎，得到小麦秸秆粉；
(2)将所得小麦秸秆粉加入到10％的碳酸钾溶液中，在55℃浸泡15h，取出后洗净烘干；
(3)配置质量分数为20％的NaAlO2溶液作为前驱体溶液；
(4)将步骤(2)得到的小麦秸秆粉真空浸注到步骤(3)中的前驱体溶液中；
(5)将浸注后的小麦秸秆粉与200℃下，在水热反应釜中恒温12小时，冷却至室温，取出清洗，真空干燥小麦秸秆粉，得改性小麦秸秆粉2#。
改性硅藻土2#的制备：
(1)配置壳聚糖溶液：2％的冰醋酸加入96％水后搅拌溶解，然后加入2％的壳聚糖，加热搅拌，直至壳聚糖溶解，得壳聚糖溶液；
(2)称取一定量的硅藻土，按质量比1：10加入到步骤(1)得到的壳聚糖溶液中混合均匀并静置；
(3)将步骤(2)得到的改性硅藻土在100℃的条件下干燥，研磨，得到壳聚糖改性硅藻土2#。
吸附剂组合物4#的制备：
(1)称取前述得到的改性小麦秸秆粉2#30g、改性硅藻土2#15g、腐殖酸2g、啤酒酵母泥5g和壳聚糖5g；
(2)将称取的壳聚糖与丙烯酸混合后加入过硫酸钠搅拌均匀，然后加入称取的改性小麦秸秆粉和改性硅藻土，搅拌2小时，静置后，洗涤干燥；
(3)最后将步骤(2)得到的产物与称取的腐殖酸和啤酒酵母泥均匀混合，即制得所述的吸附剂组合物4#。
实施例5吸附剂组合物5#的制备
制备吸附剂组合物5#，其制备方法与实施例4不同之处为：
(1)称取实施例4中改性小麦秸秆粉2#60g、改性硅藻土2#50g、腐殖酸4g、啤酒酵母泥10g和壳聚糖10g。
实施例6吸附剂组合物6#的制备
制备吸附剂组合物6#，其制备方法与实施例4不同之处为：
(1)称取实施例4中改性小麦秸秆粉2#45g、改性硅藻土2#30g、腐殖酸3g、啤酒酵母泥7g和壳聚糖7g。
对比例1对比吸附剂组合物D1#
制备对比吸附剂组合物D1#，与实施例1不同的是组合物吸附剂中的硅藻土不经过改性处理。
吸附剂组合物的制备：
(1)称取改性小麦秸秆粉1#45g、硅藻土30g、腐殖酸3g、啤酒酵母泥7g和壳聚糖7g。
对比例2对比吸附剂组合物D2#
制备对比吸附剂组合物D2#，与实施例1不同的小麦秸秆粉不经过改性处理。
(1)称取小麦秸秆粉45g、改性硅藻土1#30g、腐殖酸3g、啤酒酵母泥7g和壳聚糖7g。
对比例3对比吸附剂组合物D3#
制备对比吸附剂组合物D3#，与实施例1不同的是小麦秸秆粉和硅藻土不经过改性处理。
(1)称取小麦秸秆粉45g、硅藻土30g、腐殖酸3g、啤酒酵母泥7g和壳聚糖7g。
对比例4对比吸附剂组合物D4#
制备对比吸附剂组合物D4#，与实施例1不同的是将小麦秸秆改为水稻秸秆，吸附剂组合物的制备方法不同。
吸附剂组合物的制备：
(1)称取改性水稻秸秆粉45g、改性硅藻土1#30g、腐殖酸3g、啤酒酵母泥7g和壳聚糖7g；
(2)将称取的壳聚糖溶于7g冰醋酸中，搅拌均匀，然后加入称取的改性水稻秸秆粉和改性硅藻土1#，搅拌2小时，然后在100℃下干燥；
(3)最后将步骤(2)得到的产物与称取的腐殖酸和啤酒酵母泥均匀混合。
实施例7吸附性能测试
分别以含镉300mg/L的废水和含铅50mg/L的废水为处理对象。
分别取上述待处理的废水共10份，每份1L，分别用吸附剂组合物1-6#，和对比吸附剂组合物D1-4#各5g对上述废水进行处理，处理过程中要不断的进行搅拌，在常温下处理4小时。
将分别测试吸附剂组合物1-6#和，对比吸附剂组合物D1#-D4#处理后的废水中的镉元素、铅元素的去除率，结果如表1所示：
表1
Figure BDA0001945660960000071
Figure BDA0001945660960000081
从表1可知，吸附剂1#-6#处理废水中的镉的去除率大于99.5％，说明本申请的吸附剂组合物对重金属镉的吸附率高，且本申请的吸附时间短；对比吸附剂D1#-D4#对废水中的镉含量的吸附率较差。吸附剂1#-6#、对比吸附剂D1#-D4#对铅元素具有一定的吸附率，但是吸附剂1#-6#相对于对比吸附剂D1#-D4#对铅的处理结果近似。
上述对本申请的具体实施方式进行了描述，但并非对本申请保护范围的限制，所述领域技术人员应该明白，在本申请的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的任何修改或变形仍在本申请的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种吸附废水中重金属镉的吸附剂组合物，其特征在于，所述吸附剂组合物包括下述重量份数的组分：改性小麦秸秆粉30-60份、改性硅藻土15-50份、腐殖酸2-4份、啤酒酵母泥5-10份和壳聚糖5-10份；
所述改性小麦秸秆粉是由小麦秸秆粉经过碱性溶液处理，并真空浸注到前驱体溶液中制得；
所述改性硅藻土是硅藻土经壳聚糖和冰醋酸处理制得；
其中，所述改性小麦秸秆粉的制备方法具体包括以下步骤：
（1）将小麦秸秆粉碎后在质量分数为5%-10%碳酸钾溶液中浸泡，浸泡后取出洗净烘干，浸泡的温度为55-65℃，时间为6-15h；
（2）将质量分数10-20%的偏铝酸盐溶液作为前驱体溶液；
（3）将步骤（1）制得的小麦秸秆粉真空浸注到步骤（2）制得的前驱体溶液中；
（4）将步骤（3）制得的产物进行水热反应制得所述改性小麦秸秆粉，所述水热反应的温度为160-200℃，时间为8-12h；
所述吸附剂组合物的制备方法包括以下步骤：
将壳聚糖、改性小麦秸秆粉、改性硅藻土、丙烯酸和过硫酸钾聚合生成的产物与腐殖酸和酵母泥混合制得具有孔结构的块状吸附剂组合物。
2.根据权利要求1所述的吸附剂组合物，其特征在于，所述前驱体溶液为NaAlO2溶液或KAlO2溶液。
3.根据权利要求1所述的吸附剂组合物，其特征在于，所述改性硅藻土的原料硅藻土、壳聚糖和冰醋酸的重量比为100：10-30：10-30。
4.根据权利要求1所述的吸附剂组合物，其特征在于，所述改性硅藻土的制备方法包括以下步骤：
（1）将质量比为1：48：1的冰醋酸、水和壳聚糖混合溶解，即制得壳聚糖溶液；
（2）将质量比为1：6-10的硅藻土和步骤（1）制得的壳聚糖溶液混合；
（3）将步骤（2）制得产物干燥、研磨，即得到壳聚糖改性硅藻土。
5.根据权利要求1所述的吸附剂组合物，其特征在于，所述吸附剂组合物包括下述重量份的组分：改性小麦秸秆粉35-55份、改性硅藻土20-40份、腐殖酸3份和啤酒酵母泥6-8份，壳聚糖6-8份。
6.一种吸附剂组合物在吸附废水中重金属镉的应用，其特征在于，所述的组合物选自权利要求1-5中任意一项所述的吸附剂组合物。
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壳聚糖-硅藻土复合材料处理含铬废水的模拟试验;马万征;《滨州学院学报》;20131231;第29卷(第6期);第103-105页 *

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