CN109759022A - 处理印染废水中碱性品红的生物吸附剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种处理印染废水中碱性品红的生物吸附剂的制备方法，它属于一种环保的原生态绿色生物吸附剂的生产方法。本发明的目的是解决现有处理印染污水的吸附剂存在着去除效果较差、易产生二次污染的技术问题。本发明的技术方案是：一种处理印染废水中碱性品红的生物吸附剂的制备方法，其具体步骤如下：1)洗涤；2)干燥；3)盐酸浸泡；4)超声波水解；5)盐析；6)双氧水浸泡；7)乙醇浸泡；8)干燥；9)粉碎。本发明具有实现废物资源再利用、吸附效果好和不易产生二次污染等优点。

Description

处理印染废水中碱性品红的生物吸附剂的制备方法

技术领域

本发明涉及一种处理印染废水中碱性品红的生物吸附剂的制备方法，它属于一种环保的原生态绿色生物吸附剂的生产方法。

背景技术

印染废水中含有大量的染料、浆料、无机盐、油剂、酸碱及纤维杂质等。这些杂质污染水体主要体现在三方面，首先降低水体的透明度使得水中植物难以进行光合作用，其次可以降低水中的溶氧量，使得水中需氧生物难以生存。最后污染物含有剧毒，会严重损害将其吸收入体内的生物健康。

杨树作为北方传统的园林绿化树种，具有适应性强、抗性强、抗病虫害和耐修剪等特点，被许多城市作为骨干行道树种进行广泛应用。但是每年深秋时节，落英缤纷，面对大幅度增加的落叶垃圾，环卫、绿化养护部门面对骤然增多的落叶垃圾而暴涨的工作量，少数地区一度出现乱扔垃圾、就地焚烧等现象。

焚烧枯枝落叶等垃圾，均为不完全燃烧，它们在燃烧的过程中，向大气中排放多种有害物质，包括气体、液体和固体。气体中含一氧化碳、二氧化碳、水蒸气、氮氧化物、硫化氢、甲烷、甲醛、丙烯醛等物质。水滴、酸雾等为枯枝落叶等垃圾燃烧过程中向大气堆放的有害液体。

对于保洁工人焚烧落叶的做法，既污染环境也存在很大安全隐患，更有市民担心落叶焚烧产生的浓烟会对自己的健康造成影响。专家指出，焚烧落叶产生的最主要污染物是可吸入颗粒物和二噁英等有害物质，经常吸入可导致气管炎、慢性支气管炎、肺气肿、哮喘等疾病，还会降低人体免疫功能，其中二噁英为强毒性污染物和致癌物。焚烧落叶的行为不仅未较好解决绿化垃圾问题，反而造成更严重的二次污染。

每年秋冬季节，大量的落叶多被堆积焚烧，既造成PM2.5的上升，又使得生物质资源被浪费。利用废弃的杨树落叶进行改性用于除磷污染相当于以废治废，不仅降低废水处理成本，而且能充分利用可再生资源，提高其附加值。

目前市场上处理印染废水的吸附剂价格都比较高昂，传统活性炭生产是以木材和煤炭为主要牺牲品，造成森林资源大面积毁坏和生态环境的严重污染，甚至影响动植物的繁衍。活性炭、竹炭吸附效果相对不高，且易达到吸附饱和状态。作为印染厂希望找到价格低廉又有较好吸附效果的吸附剂。生物吸附剂由于价格低廉易获得，受到人们的广泛青睐。

发明内容

本发明的目的是解决现有处理印染污水的吸附剂存在着去除效果较差、易产生二次污染的技术问题，提供一种处理印染废水中碱性品红的生物吸附剂的制备方法。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是：

一种处理印染废水中碱性品红的生物吸附剂的制备方法，其具体步骤如下：

1)洗涤：将杨树叶清洗后，剪成2-5厘米的碎块，在蒸馏水里浸泡10-40min；

2)干燥：将上述清洗干净的杨树叶放置在60-80℃、6.67×102Pa恒温干燥箱中干燥至恒重；

3)盐酸浸泡：将烘至恒重的杨树叶放入pH＝0.5-2的盐酸溶液中，使杨树叶完全浸泡1-3h；

4)超声波水解：将经盐酸浸泡后的杨树叶放入超声波仪器内进行水解，超声波功率为200W，温度为70℃，时间为5-20min；

5)盐析：将超声波处理后的杨树叶用蒸馏水冲洗3-5次后，过滤得到的杨树加入浓度为0.05-0.35mol/L的KCL溶液中进行盐析处理10-30min；

6)双氧水浸泡：用蒸馏水充分漂洗至中性，使用双氧水浸泡18-24h；

7)乙醇浸泡：上述处理完成后的杨树叶用蒸馏水冲洗3-5次，过滤，再放入无水乙醇中浸泡18-24h；

8)干燥：乙醇浸泡完成后用蒸馏水冲洗3-5次，过滤，再放入60-80℃的恒温鼓风干燥箱内干燥至恒重；

9)粉碎：干燥后将得到的杨树叶使用粉碎机进行粉碎，在密封环境下储存待用。

本发明的有益效果在于：将废弃的杨树叶进行改良处理并制备成一种新型原生态生物吸附材料，在相同条件下通过与传统的活性炭、竹炭、硅藻纯等材料对碱性品红的吸附率进行比较，结果表明本发明所得杨树叶生物吸附剂的吸附效果分别均优于以上材料，并应用二次回归旋转正交实验组合设计对碱性品红吸附率进行系统研究，得优化吸附条件。从而为杨树叶资源的应用提供理论基础，为有效净化碱性品红污染提供一种新型材料。本发明投入到实际生产中将会真正实现废物资源再利用，取得以废治废的双赢局面，对实现经济循环发展和保护环境均有积极意义。与背景技术相比，本发明具有实现废物资源再利用、吸附效果好和不易产生二次污染等优点。

附图说明

图1为本发明所得杨树叶生物吸附剂在相同条件下与活性炭、竹炭、硅藻纯对碱性品红吸附率的比较图；

图2为原始杨树叶、本发明所得杨树叶生物吸附剂和杨树叶生物吸附剂吸附后的扫描电镜图；

图3为原始杨树叶、本发明所得杨树叶生物吸附剂和杨树叶生物吸附剂吸附后的红外光谱图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细描述。

实施例1

本实施例中的一种处理印染废水中碱性品红的生物吸附剂的制备方法，其具体步骤如下：

1)洗涤：将杨树叶清洗后，剪成4厘米的碎块，在蒸馏水里浸泡20min；

2)干燥：将上述清洗干净的杨树叶放置在70℃、6.67×102Pa恒温干燥箱中干燥至恒重；

3)盐酸浸泡：将烘至恒重的杨树叶放入pH＝1的盐酸溶液中，使杨树叶完全浸泡2h；

4)超声波水解：将经盐酸浸泡后的杨树叶放入超声波仪器内进行水解，超声波功率为200W，温度为70℃，时间为10min；

5)盐析：将超声波处理后的杨树叶用蒸馏水冲洗3-5次后，过滤得到的杨树叶加入浓度为0.05mol/L的KCL溶液中进行盐析处理20min；

6)双氧水浸泡：用蒸馏水充分漂洗至中性，使用双氧水浸泡24h；

7)乙醇浸泡：上述处理完成后的杨树叶用蒸馏水冲洗3-5次，过滤，再放入无水乙醇中浸泡24h；

8)干燥：乙醇浸泡完成后用蒸馏水冲洗3-5次，过滤，再放入70℃的恒温鼓风干燥箱内干燥至恒重；

9)粉碎：干燥后将得到的杨树叶使用粉碎机进行粉碎，在密封环境下储存待用。

下面通过对比试验验证该生物吸附剂对碱性品红的吸附效果。

(1)测定碱性品红的标准曲线；

(2)分别通过单因素实验获得碱性品红初始浓度、溶液pH、加入量、粒径、吸附温度、吸附时间六个因素的最佳吸附点；

(3)相同条件下与活性炭、竹炭、硅藻纯的吸附效果进行比较；

(4)采用扫描电镜(SEM)和傅里叶红外光谱(FTIR)观测研究杨树叶生物剂对碱性品红的吸附机理。

本试验选用的仪器有：S-4800扫描电镜(日本日立公司)、TENSOR 27傅里叶红外光谱仪(德国布鲁克(Bruker)公司)、UV-1102紫外分光光度计(上海天美科学仪器有限公司)、KQ500DE数控超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司)。

试剂有：蒸馏水、氢氧化钠、盐酸、无水乙醇、KCl溶液。

取12个锥形瓶分为4组，分别加入50mL浓度为的20mg/L、40mg/L、50mg/L的碱性品红溶液，再依次加入0.6g本发明制备的杨树叶生物吸附剂、活性炭、竹炭、硅藻纯，在pH＝7，室温下静置吸附1h。四种材料对碱性品红的吸附结果表明(见图1)：在相同条件下，杨树叶生物吸附剂>竹炭>活性炭>硅藻纯。造成此结果的原因是它们的吸附机理不同。活性炭、竹炭、硅藻纯的特性决定了其对碱性品红的吸附属物理吸附，杨树叶生物吸附剂主要成分是纤维素，纤维素本身具有很好的网状结构，另外经过碱浸泡和无水乙醇浸泡等化学处理后的杨叶中富含多种活性官能团，不仅存在物理吸附，还存在化学键合。

本发明采用杨树叶制备的生物吸附剂作为一种原生态新型生物吸附剂，利用DPS软件获得三因素五水平正交实验组合设计的因素水平编码表，根据二次旋转回归正交组合设计表进行试验，再通过一次方差分析和二次方差分析获得杨树叶生物吸附剂对碱性品红的最佳吸附条件：杨树叶生物吸附剂加入量(X₁)为0.8g、吸附时间(X₂)为100min、碱性品红初始浓度(X₃)为400mg/L，此时预测的吸附率(Y)Max为97.89％。在此吸附条件下，通过试验得出吸附率为97.89％，实际值/模型最佳值＝0.995，接近于1，说明此最佳组合可靠。

表1因素水平编码表

根据单因素的试验结果进行分析，获得了影响吸附率的3个关键因素：杨树叶生物吸附剂加入量(X₁)、吸附时间(X₂)、碱性品红溶液初始浓度(X₃)。经过计算后获得了各个影响因素的最佳吸附条件，设置为零水平，编制因素水平编码表1。

表2三因素二次回归正交旋转组合设计表

根据DPS软件得出三因素二次回归正交旋转组合设计表如下表2，根据设计表给出条件进行试验，并通过计算获得吸附率。

表3一次方差分析表

通过方差分析，可求出F₁＝MS_失拟/MS_误差＝0.8899＜F_0.05(5,8)＝3.69，未达到显著水平，说明未知因素对实验结果的影响很小，可以忽略；F₂＝MS_回归/MS_剩余＝7.4411＞F_0.01(9,13)＝4.19，达到极显著水平，说明模型的预测值和实际相吻合，模型成立。杨树叶生物吸附剂对碱性品红的吸附率与杨树叶生物吸附剂加入量(X₁)、吸附时间(X₂)、碱性品红初始浓度(X₃)相关指数R²＝回归平方和/总平方和＝83.74％，而其他因素的影响和误差占16.28％。

表4二次方差分析表

对回归系数进行显著性检验，剔除在α＝0.10水平上的不显著项，对剩余项再次进行方差分析，构成简化回归方程(α＝0.10)：

Y＝97.95427+0.05329X₂+0.15194X₃-0.04583X₁ ²+0.04079X₂ ²

从图1、表5、表6中可知，经F检验得出不同吸附材料、不同碱性品红溶液浓度及材料与浓度间的互作均存在1％水平的极显著差异(F_材料＝515.8760，P＝0.0001<P＝0.01；F_浓度＝8.6570，P＝0.0015<P＝0.01；F_{材料x浓度}＝2.0450，P＝0.0985>P＝0.01)，杨树叶生物吸附剂对碱性品红的去除率在1％水平上极显著地优于其他材料，其中竹炭效果次之，活性炭较差，硅藻纯去除效果最差。

表5方差分析表(Duncan法)

表6不同材料对碱性品红吸附的影响(Duncan法)

因而，实际生产中以杨树叶生物吸附剂作为吸附剂处理碱性品红印染废水，不仅克服了目前处理碱性品红印染废水的去除效果较差、易产生二次污染，还解决了因操作费用和原材料成本过高等缺陷。

图2(a)和图2(b)、图2(c)分别是原始杨树叶、杨树叶生物吸附剂及其吸附碱性品红后的SEM图。通过图2可知，原始杨树叶表面空隙较少、较平滑，改性处理后的杨树叶生物吸附剂表面空隙较大，粗糙多孔，有褶皱，这些结构是吸附反应的活性位点，有利于碱性品红的吸附。吸附之后的杨树叶生物吸附剂表面与杨树叶生物吸附剂相比较平滑，孔隙少，说明空隙被碱性品红填充。可知，杨树叶生物吸附剂对碱性品红的吸附有物理吸附作用。

杨树叶生物吸附剂的红外光谱图如图3所示。对于原始杨树叶的红外光谱a：3445.15cm^-1处为-OH的伸缩振动，原始杨树叶中含有大量糖类物质，所以-OH振动较显著；2027cm^-1处为-C≡C-基团的振动；1634cm^-1处为-C＝O-键面的振动吸收峰；1401cm^-1处的吸收峰是主要来自于羧酸基团部分的C-O伸缩振动引起，可能来自于果胶中；1091cm^-1处的吸收峰为C-N的伸缩震动，原因可能是蛋白质的吸收；617cm^-1出的峰值可能由于C-H键面外变形。

经改性后的杨树叶生物吸附剂红外光谱如b所示，3421cm^-1处-OH伸缩振动形成的吸收峰，与原始相较发生右移，羟基振动峰有些许加强。另外，1118cm^-1处振动强度减弱。

c为杨树叶生物吸附剂吸附碱性品红之后的红外光谱，1046cm^-1处C-N伸缩振动的相对强度减弱，说明参与吸附了碱性品红。与最优b相比较2977cm^-1处峰出现值，说明可能参与了碱性品红吸附过程。

实施例2

本实施例中的一种处理印染废水中碱性品红的生物吸附剂的制备方法，其具体步骤如下：

1)洗涤：将杨树叶清洗后，剪成5厘米的碎块，在蒸馏水里浸泡40min；

2)干燥：将上述清洗干净的杨树叶放置在80℃、6.67×102Pa恒温干燥箱中干燥至恒重；

3)盐酸浸泡：将烘至恒重的杨树叶放入pH＝2的盐酸溶液中，使杨树叶完全浸泡3h；

4)超声波水解：将经盐酸浸泡后的杨树叶放入超声波仪器内进行水解，超声波功率为200W，温度为70℃，时间为20min；

5)盐析：将超声波处理后的杨树叶用蒸馏水冲洗3-5次后，过滤得到的杨树叶加入浓度为0.35mol/L的KCL溶液中进行盐析处理10min；

6)双氧水浸泡：用蒸馏水充分漂洗至中性，使用双氧水浸泡18h；

7)乙醇浸泡：上述处理完成后的杨树叶用蒸馏水冲洗3-5次，过滤，再放入无水乙醇中浸泡18h；

8)干燥：乙醇浸泡完成后用蒸馏水冲洗3-5次，过滤，再放入80℃的恒温鼓风干燥箱内干燥至恒重；

9)粉碎：干燥后将得到的杨树叶使用粉碎机进行粉碎，在密封环境下储存待用。

实施例3

本实施例中的一种处理印染废水中碱性品红的生物吸附剂的制备方法，其具体步骤如下：

1)洗涤：将杨树叶清洗后，剪成2厘米的碎块，在蒸馏水里浸泡10min；

2)干燥：将上述清洗干净的杨树叶放置在60℃、6.67×102Pa恒温干燥箱中干燥至恒重；

3)盐酸浸泡：将烘至恒重的杨树叶放入pH＝0.5的盐酸溶液中，使杨树叶完全浸泡1h；

4)超声波水解：将经盐酸浸泡后的杨树叶放入超声波仪器内进行水解，超声波功率为200W，温度为70℃，时间为5min；

5)盐析：将超声波处理后的杨树叶用蒸馏水冲洗3-5次后，过滤得到的杨树叶加入浓度为0.25mol/L的KCL溶液中进行盐析处理30min；

6)双氧水浸泡：用蒸馏水充分漂洗至中性，使用双氧水浸泡21h；

7)乙醇浸泡：上述处理完成后的杨树叶用蒸馏水冲洗3-5次，过滤，再放入无水乙醇中浸泡21h；

8)干燥：乙醇浸泡完成后用蒸馏水冲洗3-5次，过滤，再放入60℃的恒温鼓风干燥箱内干燥至恒重；

9)粉碎：干燥后将得到的杨树叶使用粉碎机进行粉碎，在密封环境下储存待用。

本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明范围的前提下，根据上述说明进行的改进与变换都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种处理印染废水中碱性品红的生物吸附剂的制备方法，其特征是，具体步骤如下：

1)洗涤：将杨树叶清洗后，剪成2-5厘米的碎块，在蒸馏水里浸泡10-40min；

2)干燥：将上述清洗干净的杨树叶放置在60-80℃、6.67×102Pa恒温干燥箱中干燥至恒重；

3)盐酸浸泡：将烘至恒重的杨树叶放入pH＝0.5-2的盐酸溶液中，使杨树叶完全浸泡1-3h；

4)超声波水解：将经盐酸浸泡后的杨树叶放入超声波仪器内进行水解，超声波功率为200W，温度为70℃，时间为5-20min；

5)盐析：将超声波处理后的杨树叶用蒸馏水冲洗3-5次后，过滤得到的杨树叶加入浓度为0.05-0.35mol/L的KCL溶液中进行盐析处理10-30min；

6)双氧水浸泡：用蒸馏水充分漂洗至中性，使用双氧水浸泡18-24h；

7)乙醇浸泡：上述处理完成后的杨树叶用蒸馏水冲洗3-5次，过滤，再放入无水乙醇中浸泡18-24h；

8)干燥：乙醇浸泡完成后用蒸馏水冲洗3-5次，过滤，再放入60-80℃的恒温鼓风干燥箱内干燥至恒重；

9)粉碎：干燥后将得到的杨树叶使用粉碎机进行粉碎，在密封环境下储存待用。