CN109967045A - 生物质吸附剂、其制备方法及用途 - Google Patents

生物质吸附剂、其制备方法及用途 Download PDF

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Abstract

本发明涉及生物质吸附剂、其制备方法及用途。制备所述生物质吸附剂的方法包括：在常温下，采用酸溶液浸渍改性生物质，获得所述生物质吸附剂；所述酸溶液选自硝酸溶液、硫酸溶液。所述方法以废弃生物质为原料，原料来源广泛、低价、安全无毒，既实现了生物质废弃物的资源化利用，避免了填埋造成的环境污染问题，又将其应用于染料废水的吸附处理，实现以废治废；所述方法条件温和、能耗低，更加绿色环保。制备得到的生物质吸附剂孔隙结构更为优良，在较大pH范围内均能够保持较高吸附能力，吸附性能稳定，废液处理能力强。

Description

生物质吸附剂、其制备方法及用途
技术领域
本发明涉及水处理、吸附材料领域，具体而言，涉及生物质吸附剂、其制备方法及用途。
背景技术
纺织印染所产生的染料废水是主要的水体污染源之一，这类废水成分相当复杂，往往含有多种毒性较强的有机染料，且色度深、难降解，所以一直是工业废水处理的难点。
染料废水的处理方法包括物化处理法(如吸附法、过滤法等)、化学处理法(如絮凝沉淀法、电解法、化学氧化法、光催化氧化法等)及生化处理法三大类，其中，吸附法具有不需投加其他药剂、方法简单、成本低、吸附效果好及无污泥产生等优点，因此被广泛应用于染料废水的处理。
目前废水处理中常用的吸附剂主要为炭基材料，包括活性炭颗粒或粉末以及各种生物质炭吸附剂等。炭基材料吸附剂，在制备工艺方面通常或者需要高温高压条件使其碳化及活化，或者制备工艺程序复杂，要求的设备或试剂较多，制备成本较高，且消耗大量能源。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供制备生物质吸附剂的方法，所述方法以废弃生物质为原料，进行改性处理，制备基于废弃生物质的吸附剂，该方法简单、高效、成本低廉，实现废弃物资源化及“以废治废”。
本发明的第二目的在于提供根据上述方法制备得到的生物质吸附剂，其具有优良的孔隙结构，在较大pH范围内均保持较高吸附能力，吸附性能稳定，对染料废水处理能力强。
本发明的第三目的在于提供上述生物质吸附剂在废液处理方面的用途。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
制备生物质吸附剂的方法，其包括：
在常温下，采用酸溶液浸渍改性生物质，获得所述生物质吸附剂；
所述酸溶液选自硝酸溶液、硫酸溶液。
可选地，所述酸溶液为硝酸溶液。
可选地，所述酸溶液还可以选自盐酸溶液。
可选地，所述浸渍改性可以在常温、常压下进行。
可选地，所述浸渍改性可以在常温、真空下进行。
本发明中，以废弃生物质为原料，原料来源广泛，以酸溶液为改性试剂，制备生物质吸附剂，处理过程在常温常压下进行，并且除了酸溶液以外，再无其他化学试剂的引入，简单高效、改性条件温和、能耗低。
可选地，所述生物质选自废弃金银花、废弃荷叶、废弃茉莉花、废弃菊花、废弃甜菊叶中的至少一种。
可选地，所述生物质选自废弃金银花。
可选地，所述酸溶液中氢离子的浓度为0.5～8.0mol/L。
可选地，所述酸溶液中氢离子的浓度可以独立地选自0.5mol/L、1.0mol/L、1.5mol/L、2.0mol/L、2.5mol/L、3.0mol/L、3.5mol/L、4.0mol/L、4.5mol/L、5.0mol/L、5.5mol/L、6.0mol/L、6.5mol/L、7.0mol/L、7.5mol/L、8.0mol/L。
本发明中，选择合适的酸溶液及其浓度，对生物质的浸渍改性及改性效果具有重要影响。例如硝酸溶液，在浸渍过程中，其可在废弃生物质表面引入大量酸性及碱性含氧活性基团并改善孔隙结构，且这些活性基团作用于染料废水中的有机污染物的能力较强，有利于材料吸附性能的提升。酸溶液中氢离子浓度较低的浸渍条件下仍可达到较理想的效果，且酸溶液可重复利用。
可选地，所述浸渍改性过程中，以所述生物质的干重计，所述生物质与所述酸溶液的固液比为1:2～1:10。
可选地，所述浸渍改性过程中，以所述生物质的干重计，所述生物质与所述酸溶液的固液比可以独立地选自1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、1:10。
可选地，所述浸渍改性的时间为10～60分钟。
可选地，所述浸渍改性的时间可以独立地选自10分钟、15分钟、20分钟、25分钟、30分钟、35分钟、40分钟、45分钟、50分钟、55分钟、60分钟。
可选地，所述浸渍改性的时间为30分钟。
本发明中，选择合适的浸渍固液比及浸渍时间很重要，合适的浸渍固液比可以给浸渍改性提供强化活性基团附着能力的条件，浸渍时间长短可有效改善材料的孔隙结构如孔道的连通性。
可选地，在浸渍改性之前，所述方法还包括前处理步骤；
所述前处理步骤包括：收集生物质，水浸泡洗涤，过滤；干燥。
可选地，所述干燥可以为自然晾干。
本发明中，在改性处理废弃生物质前，对生物质进行浸泡、洗涤，可以较好地清除其废弃前的使用过程中残留的杂质(如茶多酸、可溶性糖、氨基酸等水溶性物质)、使用痕迹等，有利于后期酸浸渍时活性基团的附着及孔隙结构的改良。
可选地，在浸渍改性之后，所述方法还包括后处理步骤；
所述后处理步骤包括过滤、洗涤、干燥、粉碎、过筛。
可选地，所述干燥的温度为60～100℃。
可选地，所述干燥的温度可以独立地选自60℃、70℃、80℃、90℃、100℃。
可选地，经粉碎过筛后，所述生物质吸附剂的粒度为20～200目。
浸渍改性后，后处理步骤对生物质吸附剂的制备具有积极作用。其中，选择合适的干燥温度，有利于最终生物质吸附剂的空间结构形成，会对最终生物质吸附剂的吸附性能带来影响，最大程度优化生物质吸附剂的孔径连通程度及提高孔隙率，从而提高吸附性能；粉碎和过筛过程能够为生物质吸附剂提供合适的粒径尺寸及粒径分布，针对废水中染料分子的浓度及种类选择合适的过筛目数及吸附剂粒度。
作为一种实施方式，制备生物质吸附剂的方法包括：
1)收集废弃的生物质，清水浸渍洗涤，过滤；
2)将过滤后的生物质滤渣自然晾干；
3)用一定浓度的酸溶液以一定的料液比在常温下浸渍改性处理一定时间，过滤，洗涤；
4)浸渍改性后的生物质滤渣经干燥后，粉碎过筛，获得生物质吸附剂，收集，储存，备用。
本发明的另一目的在于提供根据上述任一方法制备的生物质吸附剂。该生物质吸附剂在较大pH范围内，尤其酸性条件下，均能够保持较高吸附能力，吸附性能稳定。
本发明的又一目的在于提供上述生物质吸附剂在废液处理方面的用途。
可选地，所述生物质吸附剂在pH＝2～11下施用。
可选地，所述生物质吸附剂在pH＝3～6下施用。
可选地，所述生物质吸附剂用于染料废水的处理，吸附的染料包括但不限于：甲基橙、亚甲基蓝、甲基红、酸性红、苏丹红等多种偶氮染料和其他染料。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
(1)本发明中生物质吸附剂的制备方法，以废弃生物质为原料，原料来源广泛、低价、安全无毒，既实现了生物质废弃物的资源化利用，避免了填埋造成的环境污染问题，又将其应用于染料废水的吸附处理，实现以废治废。
(2)本发明中生物质吸附剂的制备方法，除了酸溶液以外，再无其他化学试剂的引入，改性过程在常温常压下进行，条件温和、能耗低，更加绿色环保。
(3)本发明中生物质吸附剂的制备方法，工艺步骤简单高效，有利于实现大规模工业应用。
(4)根据本发明提供的方法制备得到的生物质吸附剂，在较大pH范围内，尤其酸性条件下，均能够保持较高吸附能力，吸附性能稳定，废液处理能力强。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种实施方式中甲基橙的吸附标准曲线。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1生物质吸附剂的制备
以废弃金银花作为典型的生物质原料，制备生物质吸附剂。
1#生物质吸附剂的制备
1)取2.0g废弃的金银花，清水浸渍洗涤，过滤；
2)将过滤后的金银花滤渣自然晾干；
3)在常温下，以浓度为4.0mol/L的硝酸溶液为浸渍改性剂，以1:5的固液比浸渍改性处理废弃金银花30min，过滤，洗涤；
4)浸渍改性后，金银花吸附剂经60℃干燥后，粉碎过80目筛，获得1#生物质吸附剂。
2#生物质吸附剂的制备
1)取1.0g废弃的金银花，清水浸渍洗涤，过滤；
2)将过滤后的金银花滤渣自然晾干；
3)在常温下，以浓度为0.5mol/L的硝酸溶液为浸渍改性剂，以1:10的固液比浸渍改性处理废弃金银花30min，过滤，洗涤；
4)浸渍改性后，金银花吸附剂经80℃干燥后，粉碎过80目筛，获得2#生物质吸附剂。
3#生物质吸附剂的制备
1)取2.0g废弃的金银花，清水浸渍洗涤，过滤；
2)将过滤后的金银花滤渣自然晾干；
3)在常温下，以浓度为1.0mol/L的硝酸溶液为浸渍改性剂，以1:5的固液比浸渍改性处理废弃金银花30min，过滤，洗涤；
4)浸渍改性后，金银花吸附剂经60℃干燥后，粉碎过80目筛，获得3#生物质吸附剂。
实验例生物质吸附剂的吸附性能
采用实施例1中制备得到的1#～3#生物质吸附剂，进行甲基橙染料废水的吸附处理。其中，采用紫外可见分光光度计(UV759PC，北京普析通用仪器有限责任公司)测定吸附标准曲线，如图1所示，并在标准曲线的基础上，按照下述公式计算吸附效率(η)：
η＝[(溶液初始吸光度A0–取样溶液吸光度A1)/溶液初始吸光度A0]×100％
1#生物质吸附剂的吸附应用
称取1.5g的1#生物质吸附剂，与100mL浓度为40mg/L的甲基橙溶液混合于250mL锥形瓶中，调节溶液pH为5，并置于振荡器中，常温振荡30min，测定其对甲基橙的吸附率为85.95％。
2#生物质吸附剂的吸附应用
称取0.5g的2#生物质吸附剂，与100mL浓度为20mg/L的甲基橙溶液混合于250mL锥形瓶中，调节溶液pH为5，并置于振荡器中，常温振荡30min，测定其对甲基橙的吸附率为90.25％。
3#生物质吸附剂的吸附应用
称取1.0g的3#生物质吸附剂，与100mL浓度为20mg/L的甲基橙溶液混合于250mL锥形瓶中，调节溶液pH为7，并置于振荡器中，常温振荡30min，测定其对甲基橙的吸附率为80.24％。
对比例市售活性炭颗粒的吸附应用
(1)称取1.0g的市售活性炭颗粒(购自天津市大茂化学试剂厂)，与100mL浓度为20mg/L的甲基橙溶液混合于250mL锥形瓶中，调节溶液pH为7，并置于振荡器中，常温振荡30min，测定其对甲基橙的吸附率为36.16％。
(2)称取1.0g的市售活性炭颗粒(购自天津市大茂化学试剂厂)，与100mL浓度为20mg/L的甲基橙溶液混合于250mL锥形瓶中，调节溶液pH为5，并置于振荡器中，常温振荡30min，测定其对甲基橙的吸附率为78.81％。
(3)称取1.5g的市售活性炭颗粒(购自天津市大茂化学试剂厂)，与100mL浓度为40mg/L的甲基橙溶液混合于250mL锥形瓶中，调节溶液pH为5，并置于振荡器中，常温振荡30min，测定其对甲基橙的吸附率为80.05％。
由实验例中1#～3#生物质吸附剂的甲基橙吸附结果与对比例中市售活性炭的甲基橙吸附效果，对比发现：
在相同甲基橙浓度(100mL浓度为20mg/L的甲基橙溶液)及pH为7的条件下，取1.0g的市售活性炭颗粒的甲基橙吸附率仅为36.16％，而1.0g的3#生物质吸附剂的甲基橙吸附率则为80.24％；当降低pH为5后，质量仅为0.5g的2#生物质吸附剂的甲基橙吸附率可达90.25％，而1.0g的市售活性炭颗粒的甲基橙吸附率则为78.81％；在提高甲基橙浓度后(100mL浓度为40mg/L的甲基橙溶液)，1.5g的1#生物质吸附剂在pH为5时，其对甲基橙的吸附率仍可达到85.95％，而1.5g的市售活性炭颗粒对甲基橙的吸附率则为80.05％。
可见，本发明提供的生物质吸附剂的有机染料吸附效果显著，在相同吸附工艺参数条件下，其吸附效率均优于市售活性炭颗粒的吸附率，尤其是在较酸性的条件下，在较大染料浓度范围内仍然能够保持良好的吸附效果。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，但本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.制备生物质吸附剂的方法，其特征在于，所述方法包括：
在常温下，采用酸溶液浸渍改性生物质，获得所述生物质吸附剂；
所述酸溶液选自硝酸溶液、硫酸溶液。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物质选自废弃金银花、废弃荷叶、废弃茉莉花、废弃菊花、废弃甜菊叶中的至少一种；
优选地，所述生物质选自废弃金银花。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酸溶液中氢离子的浓度为0.5～8.0mol/L。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，浸渍改性过程中，以所述生物质的干重计，所述生物质与所述酸溶液的固液比为1:2～1:10。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浸渍改性的时间为10～60分钟。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在浸渍改性之前，所述方法还包括前处理步骤；
所述前处理步骤包括：收集生物质，水浸泡洗涤，过滤；干燥。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在浸渍改性之后，所述方法还包括后处理步骤；
所述后处理步骤包括过滤、洗涤、干燥、粉碎、过筛；
优选地，所述干燥的温度为60～100℃；
优选地，经粉碎过筛后，所述生物质吸附剂的粒度为20目～200目。
8.根据权利要求1至7任一项所述的方法制备的生物质吸附剂。
9.权利要求8所述的生物质吸附剂在废液处理方面的用途。
10.根据权利要求9所述的用途，其特征在于，所述生物质吸附剂在pH＝2～11下施用；
优选地，所述生物质吸附剂在pH＝3～6下施用。
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