CN110586033A - 一种用于地下水修复的混合炭基吸附材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于地下水修复的混合炭基吸附材料的制备方法，属于重金属污染地下水修复领域，该吸附材料是由粒径为2～4mm的油茶果壳和质量分数为60％的磷酸为主要原料组成，将油茶果壳按浸渍比为1：2浸渍于磷酸中，经过炭化‑活化‑沸水洗‑酸洗‑干燥等步骤形成混合碳基吸附材料。本发明适用于地下水修复，成本较低，操作简单，方法易行，具有很好的推广应用价值。采用的绿色修复材料原料来源于植物纤维性废弃物，将油茶果壳制备成地下水修复材料不仅提高其可利用价值，减少环境的污染，变废为宝。

Description

一种用于地下水修复的混合炭基吸附材料的制备方法
技术领域
本发明涉及重金属污染地下水修复领域，尤其涉及一种用于地下水修复的混合炭基吸附材料的制备方法。
背景技术
活性炭是以木材、果壳、煤等含碳材料为原料制备的一类具有发达孔隙结构、大比表面积、强吸附能力的材料，在环保、国防、化工、食品、医药、轻纺等领域中的应用日益广泛，针对传统活性炭制备原料木材资源短缺的问题，近几年开发了花生壳、果壳、蔗渣、稻草秸秆等为原料制备活性炭，并取得了较好的成果。我国油茶资源极为丰富，全国每年产油茶籽超过50万吨，可利用的果壳超过10万吨，但大量的油茶果壳却被当作燃料或者当作肥料，造成了极大的资源浪费与环境污染。如果能将其应用于活性炭的生产，不仅能够提高油茶种植的效益，油茶是我国特有的木本食用油料树种，盛产于我国南方各省，主要分布在湖南、江西、广西、广东、浙江、贵州、云南等省区。油茶果实由油茶果壳和种籽两部分组成。油茶果壳约占整个油茶果实质量的60％以上，其组成成分含有纤维素、半纤维素、木质素和单宁等类物质。全国现有油茶栽培面积达到400万公顷，年产油茶果实达560多万吨，这将带来300多万吨的油茶果壳。果仁被用来加工成茶油，而果壳往往成为剩余物被丢弃，尚未得到有效利用忙。因此，如何充分利用这种废弃物制备高附加值产品，实现集约化生产，是油茶产业研究的重点之一。活性炭是由含碳有机物经炭化、活化工艺而制成的多孔炭质材料，具有较好的选择性吸附力，广泛应用于脱色、净水等领域，是国民经济中重要的化工产品之一。不同的生产方法可制备出不同孔隙结构的活性炭产品，其吸附特性也不同。
现有重金属土壤污染严重，重金属污染地下水修复非常困难，因此需要研发一种修复重金属污染地下水的材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于地下水修复的混合炭基吸附材料的制备方法，解决现有重金属修复污染地下水修复难技术问题。它不仅解决了地下水重金属问题，提高了地下水的可利用价值，而且还解决了重金属修复污染地下水的修复问题，且无二次污染，达到环保效果。
一种用于地下水修复的混合炭基吸附材料的制备方法，所述吸附材料由油茶果壳和磷酸组成，所述吸附材料制备方法包括如下步骤：
步骤1：炭化：将原材料油茶果壳破碎至粒径为2～4mm颗粒，置于水蒸气活化装置中20分钟后，移至氮气保护下马弗炉中炭化，温度800～900℃，炭化时间保持2小时；
步骤2：活化：炭化结束后，降温至活化终温并保持在600～820℃10分钟，后关火至温度达到100℃以下再通入水蒸气30分钟，随着温度的降低，活化制得样品A，并置于瓷坩埚中；
步骤3：混合浸泡：将磷酸溶液倒入置有样品A的瓷坩埚种，并进行搅拌混合，浸泡20小时，对混合物料进行100℃烘箱中干燥1小时，干燥后制得样品B，在氮气保护下，以100℃的升温速率对样品B升温至活化终温800℃，保持20分钟后关火自然冷却；
步骤4：沸水洗：将活化后样品B和纯水按固液比为1:10进行沸水煮洗，煮洗10分钟；
步骤5：酸洗：经水洗后的样品B再经稀盐酸和蒸馏水，先用浓度为1mol/L盐酸清洗后用蒸馏水清洗，用量为3ml/次清洗次数1～3次，得到样品C；
步骤6：干燥：对样品C置于150℃烘箱下干燥1个小时至无粘状，经干燥后制得混合炭基吸附材料。
进一步地，所述步骤3中的磷酸溶液与油茶果壳按照浸渍比1:2混合，磷酸溶液质量分数为60％。
进一步地，所述步骤2中的水蒸气流量为60mL/min。
进一步地，所述步骤2中的样品A的亚甲基蓝吸附值330mg/g，碘吸附值1326mg/g，BET比表面积l608m2/g。
进一步地，所述吸附材料是由粒径为2～4mm的油茶果壳和质量分数为60％的磷酸组成，将油茶果壳按浸渍比为1：2浸渍于磷酸中。
本发明采用了上述技术方案，本发明具有以下技术效果：
1、本发明适用于地下水修复，成本较低，操作简单，方法易行，具有很好的推广应用价值。
2、采用的绿色修复材料原料来源于植物纤维性废弃物，将油茶果壳制备成地下水修复材料不仅提高其可利用价值，减少环境的污染，变废为宝。
3、本发明的修复材料产品应用广泛，既能用于重金属水污染治理，还能用于重金属土壤污染治理。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。
一种用于地下水修复的混合炭基吸附材料及制备方法，所述混合炭基吸附材料的制备方法是按下列步骤进行的：
将原材料油茶果壳破碎至粒径为2～4mm颗粒，置于水蒸气活化装置中20分钟后，移至氮气保护下马弗炉中炭化，温度800～900℃，炭化时间保持2小时；炭化结束后，降温至活化终温并保持在600～820℃10分钟，后关火至温度达到100℃以下再通入水蒸气30分钟，随着温度的降低，活化制得样品A，并置于瓷坩埚中；将磷酸溶液倒入置有样品A的瓷坩埚种，并进行搅拌混合，浸泡20小时，对混合物料进行100℃烘箱中干燥1小时，干燥后制得样品B，在氮气保护下，以100℃的升温速率对样品B升温至活化终温800℃，保持20分钟后关火自然冷却；将活化后样品B和纯水按固液比为1:10进行沸水煮洗，煮洗10分钟；经水洗后的样品B再经稀盐酸和蒸馏水，先用浓度为1mol/L盐酸清洗后用蒸馏水清洗，用量为3ml/次清洗次数1～3次，得到样品C；对样品C置于150℃烘箱下干燥1个小时至无粘状，经干燥后制得混合炭基吸附材料。
油茶壳和木屑的元素组成和工业组分比较如表l所示。由表中数据可知：本实验所采用的油茶果壳的元素组成和工业组分与木屑相近。木屑是制备活性炭的优质原料，因此，从基本化学性质分析，所选油茶果壳是制备活性炭较好的原料。
水蒸气法活性炭的微孔较多，适合吸附小分子杂质。磷酸法活性炭的中孔较多，适合吸附大分子杂质，又因磷酸法生产污染较小，已成为美国工业生产活性炭的主要方法。由于实际处理的工业废水中，杂质分子大小不一，所以应用于处理工业废水的活性炭要求同时具备微孔和中孔。本研究利用废弃油茶果壳为原料，在水蒸气活化获得微孔的基础上，通过磷酸再活化调整孔结构，增加中孔比例，确定了制备工艺条件，获得同时具有丰富的微孔和中孔的优质活性炭，可满足污染物复杂的水体净化要求。同时，对开辟油茶果壳综合利用和拓展活性炭原料来源具有积极意义。
表1茶果壳与木屑的元素含量比较
在水蒸气活化工艺中，温度是影响活化效果的关键因素。本试验在活化时间120min，水蒸气用量60mL/min的条件下，设定不同活化终温，制得活性炭，表2所示为各样品的孔结构参数。
表2不同温度下磷酸再活化制备的活性炭的其吸附性能
同等料液质量比下不同温度的比表面积参数变化如表3所示
表3比表面积参数变化
结论：
1、通过实验确定了水蒸气活化和磷酸再活化的工艺条件，制备出吸附性能优良的油茶果壳活性炭，亚甲基蓝吸附值330mg/g，碘吸附值1326mg/g，BET比表面积l608m2/g。
2、金属离子对水体、空气和土壤都能造成严重的破坏,如不去除进入环境后通过多种途径进入人体。以油茶壳活性炭作为吸附剂将废水中的重金属离子进行吸附并去除有很好的效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于地下水修复的混合炭基吸附材料的制备方法，其特征在于：所述吸附材料由油茶果壳和磷酸组成，所述吸附材料制备方法包括如下步骤：
步骤1：炭化：将原材料油茶果壳破碎至粒径为2～4mm颗粒，置于水蒸气活化装置中20分钟后，移至氮气保护下马弗炉中炭化，温度800～900℃，炭化时间保持2小时；
步骤2：活化：炭化结束后，降温至活化终温并保持在600～820℃10分钟，后关火至温度达到100℃以下再通入水蒸气30分钟，随着温度的降低，活化制得样品A，并置于瓷坩埚中；
步骤3：混合浸泡：将磷酸溶液倒入置有样品A的瓷坩埚种，并进行搅拌混合，浸泡20小时，对混合物料进行100℃烘箱中干燥1小时，干燥后制得样品B，在氮气保护下，以100℃的升温速率对样品B升温至活化终温800℃，保持20分钟后关火自然冷却；
步骤4：沸水洗：将活化后样品B和纯水按固液比为1:10进行沸水煮洗，煮洗10分钟；
步骤5：酸洗：经水洗后的样品B再经稀盐酸和蒸馏水，先用浓度为1mol/L盐酸清洗后用蒸馏水清洗，用量为3ml/次清洗次数1～3次，得到样品C；
步骤6：干燥：对样品C置于150℃烘箱下干燥1个小时至无粘状，经干燥后制得混合炭基吸附材料。
2.根据权利要求1所述的一种用于地下水修复的混合炭基吸附材料的制备方法，其特征在于：所述步骤3中的磷酸溶液与油茶果壳按照浸渍比1:2混合，磷酸溶液质量分数为60％。
3.根据权利要求1所述的一种用于地下水修复的混合炭基吸附材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2中的水蒸气流量为60mL/min。
4.根据权利要求1所述的一种用于地下水修复的混合炭基吸附材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2中的样品A的亚甲基蓝吸附值330mg/g，碘吸附值1326mg/g，BET比表面积l608m2/g。
5.根据权利要求1所述的一种用于地下水修复的混合炭基吸附材料的制备方法，其特征在于：所述吸附材料是由粒径为2～4mm的油茶果壳和质量分数为60％的磷酸组成，将油茶果壳按浸渍比为1：2浸渍于磷酸中。
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