CN110152622A - 一种用于吸附水中PAHs的生物质吸附剂及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于吸附水中PAHs的生物质吸附剂及其制备方法与应用。所述生物质吸附剂由丝瓜络洗涤干燥粉碎后，经高压高温改性，再将其洗涤，烘干得到。将其应用于对水中痕量PAHs(菲、芘)进行吸附，具有较高的吸附效率。该吸附剂具有成本低、去除效率高、易于操作、易于回收等优点，且是一种可以多次重复利用、机械强度大、无毒、可生物降解的材料。

Description

一种用于吸附水中PAHs的生物质吸附剂及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于生物质吸附剂领域，尤其涉及用于去除污水中痕量致癌物多环芳烃的生物质吸附剂。
背景技术
多环芳烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons，简称PAHs)，是指由两个及两个以上苯环稠合而成的一类化合物，其所有的碳原子和氢原子都处于同一平面内，是世界上最早发现的一类化学致癌物。由于致癌、致畸、致突变的作用，PAHs被列入对生态系统和人类健康危害最大的化合物列表，美国环保总局(EPA)等也把PAHs列为优先监测污染物中的一类。PAHs主要通过废水排放、废物沥滤、意外排放、大气沉降和扩散源等进入水体，因疏水性、低溶解性、难降解性及长距离迁移性，在自然水体中以痕量浓度广泛分布。我国大部分地表水已经被PAHs污染，增加了PAHs通过水介质进入人体的可能性。PAHs包括低(二至四个苯环)和高(五个及以上苯环)分子量化合物，低分子量PAHs比高分子量PAHs疏水性小，水溶性强，因此在水中具有较大的流动性，并增加邻近水生生态系统污染的风险。
通常去除水环境痕量PAHs的方法主要包括生物降解法、植物修复法、紫外线光解法、吸附法、高级氧化法和化学去除法等。由于PAHs的低溶解性，一些传统方法如光催化、超声催化、臭氧氧化等对痕量PAHs的去除效果并不理想，而吸附法尤其是生物质吸附是一种有效方法，具有成本低、去除效率高、易于操作、易于回收等优点，成为处理环境中痕量PAHs的主要方法。由于生物质材料对持久性有机污染物吸附能力强，且易通过改性成为良好的吸附材料，所以生物质材料引起了广泛关注。
丝瓜属于葫芦科丝瓜属一年生攀援性植物，丝瓜络由丝瓜果实成熟、发黄、干枯时采摘，经去皮、除子、晒干获得。丝瓜络一般呈黄白色或白色，是由维管束纵横交错而成的立体多孔网状物，多数为长圆形，两头细中间略粗。目前丝瓜络可用于洗碗，清洁汽车和玻璃器皿，绝缘材料以及枕头，床垫，马鞍和垫肩的填充物等。除这些用途外，丝瓜络材料在帽子制造、鞋底、汽车挡风玻璃刮水器、船用发动机过滤器、罐保持器和手套以及水过滤器中具有商业用途。丝瓜络是一种天然，低成本，无毒，可生物降解的材料，在地球上有着惊人的储存量，近年来除了将其应用于生活领域外，大部分被丢弃，造成资源的浪费。由于丝瓜络具有较大的比表面积，赋予了丝瓜络强大的吸附能力。因此，研究丝瓜络吸附法去除水中痕量PAHs，对于净化PAHs污染水体具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种以丝瓜络为材料通过对其进行改性制备用于吸附水中痕量PAHs的生物质吸附剂。
本发明采用的技术方案是：一种用于吸附水中PAHs的生物质吸附剂，所述生物质吸附剂是由丝瓜络经高温高压改性制得的丝瓜络吸附剂。
一种用于吸附水中PAHs的生物质吸附剂的制备方法，包括如下步骤：将丝瓜络清洗后于烘箱中烘干，然后用粉粹机碾磨并过40目筛，取筛下物于高温高压下处理5-6小时，用蒸馏水清洗，烘干，得生物质吸附剂。
进一步的，上述的制备方法，所述高温为130℃，所述高压为0.125MPa。
上述的生物质吸附剂在吸附污水中多环芳烃中的应用。
进一步的，所述生物质吸附剂在吸附污水中痕量多环芳烃中的应用，所述痕量为0.1mg/L-1mg/L。
进一步的，所述多环芳烃是菲(Phe)或芘(Pyr)。
进一步的，上述的应用，方法如下：调节含有多环芳烃的污水的pH值呈中性，加入上述的生物质吸附剂，进行吸附12-24h。
进一步的，权利要求1所述的生物质吸附剂的加入量，按固液比为1mg：(1-3)mL。
本发明的有益效果是：本发明所采用的吸附剂原料具有成本低、去除效率高、易于操作、易于回收等优点，且是一种可以多次重复利用、机械强度大、无毒、可生物降解的材料，用于多环芳烃的去除其吸附容量大，吸附速率快，能在较短的时间内完成吸附。本发明按固液比1mg：(1-3)mL投加入初始浓度为1mg/L的菲或芘溶液中，能够去除其中81.3％的菲或94.3％的芘。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的生物质吸附剂的SEM图；
其中，a:2000倍下丝瓜络吸附剂截面SEM图；b:500倍下丝瓜络吸附剂表面SEM图；c:1000倍下丝瓜络吸附剂表面SEM图；d:2000倍下丝瓜络吸附剂表面SEM图。
图2为本发明实施例2中生物质吸附剂在浓度为1mg/L下对菲与芘的吸附量图。
图3为本发明实施例2中不同初始浓度下，生物质吸附剂对菲与芘的饱和吸附量。
图4为本发明实施例2中吸附剂对菲与芘的吸附等温线。
具体实施方式
以下实施例仅用于说明本发明，但不限制本发明的使用范围。
实施例1
用于吸附水中PAHs的生物质吸附剂，制备方法如下：
将条状丝瓜络用蒸馏水冲洗以除去灰尘，然后于65℃烘箱中烘干。将烘干后的丝瓜络用粉粹机碾磨并过筛(40目)，取筛下物，得丝瓜络粉末。将丝瓜络粉末经高温高压(130℃；0.125MPa)处理5小时，产物用蒸馏水冲洗，120℃烘箱中烘干，得到丝瓜络吸附剂。
产物经高效液相色谱仪(Agilent1100,美国安捷伦科技有限公司)检测，结果如图1所示。由图1可见，本发明丝瓜络吸附剂表面粗糙，有脊，且截面处有大量空隙，壁褶皱不平。本发明丝瓜络吸附及具有极高的空隙率，低密度，较大的比表面积，从而具有较强的吸附能力。
实施例2
用于吸附水中PAHs的生物质吸附剂去除污水中痕量多环芳烃的方法
(一)模拟污水的配制
精确称取1mg固体Phe放入烧杯中，加入丙酮直至Phe完全溶解，将溶液转置于1000mL容量瓶中，用超纯水定容，配置初始浓度为1mg/L的Phe的水-丙酮溶液。
精确称取1mg固体Pyr放入烧杯中，加入丙酮直至Pyr完全溶解，将溶液转置于1000mL容量瓶中，用超纯水定容，配置初始浓度为1mg/L的Pyr的水-丙酮溶液。
(二)方法
取100mL浓度为1mg/L的Phe的水-丙酮溶液和100mL浓度为1mg/L的Pyr的水-丙酮溶液，分别置于250mL锥形瓶中，然后各加入生物抑制剂(0.1mg氯化钙和0.2mg叠氮化钠)，调节pH＝7。
于两个装有样品的250mL锥形瓶中，分别加入实施例1制备的丝瓜络吸附剂50mg，在室温，避光条件下以100r/min振荡吸附24h。
取样检测，计算丝瓜络吸附剂对Phe和Pyr的吸附量，结果如图2所示。由图2可见，本发明按固液比1mg：2mL投加入初始浓度为1mg/L的菲或芘溶液中，能够去除其中81.3％的菲或94.3％的芘，而丝瓜络吸附剂最终的平衡吸附量菲：1.626μg/mg，芘：1.886μg/mg。
(三)Phe和Pyr初始浓度对丝瓜络吸附剂吸附量的影响
分别取100mL浓度为0.2、0.4、0.8、1.0、1.2mg/L的Phe的水-丙酮溶液置于250mL锥形瓶中，然后各加入生物抑制剂(0.1mg氯化钙和0.2mg叠氮化钠)，调节pH＝7。然后分别加入实施例1制备的丝瓜络吸附剂50mg，在室温，避光条件下以100r/min振荡吸附24h。
分别取100mL浓度为0.2、0.4、0.8、1.0、1.2mg/L的Pyr的水-丙酮溶液置于250mL锥形瓶中，然后各加入生物抑制剂(0.1mg氯化钙和0.2mg叠氮化钠)，调节pH＝7。然后分别加入实施例1制备的丝瓜络吸附剂50mg，在室温，避光条件下以100r/min振荡吸附24h。
取样检测，计算不同Phe和Pyr的初始浓度下，丝瓜络吸附剂对Phe和Pyr的吸附量，结果如图3所示。由图3可见，随着菲与芘初始浓度的增加，丝瓜络吸附剂对其吸附量随之增加。
(四)丝瓜络吸附剂对Phe和Pyr的等温吸附
对(三)中取样检测数据进一步处理。结果如图4所示，吸附等温线中平衡浓度与吸附量之间的关系呈非线性，由此推断本发明丝瓜络吸附剂对Phe和Pyr的吸附机制主要为表面吸附，且以单分子层吸附为主。

Claims (8)

1.一种用于吸附水中PAHs的生物质吸附剂，其特征在于，所述生物质吸附剂是由丝瓜络经高温高压改性制得的丝瓜络吸附剂。
2.一种用于吸附水中PAHs的生物质吸附剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将丝瓜络清洗后于烘箱中烘干，然后用粉粹机碾磨并过40目筛，取筛下物于高温高压下处理5-6小时，用蒸馏水清洗，烘干，得生物质吸附剂。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述高温为130℃，所述高压为0.125MPa。
4.权利要求1所述的生物质吸附剂在吸附污水中多环芳烃中的应用。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述生物质吸附剂在吸附污水中痕量多环芳烃中的应用，所述痕量为0.1mg/L-1mg/L。
6.根据权利要求4或5所述的应用，其特征在于，所述多环芳烃是菲或芘。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，方法如下：调节含有多环芳烃的污水的pH值呈中性，加入权利要求1所述的生物质吸附剂，进行吸附12-24h。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，权利要求1所述的生物质吸附剂的加入量，按固液比为1mg：(1-3)mL。
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