CN112755962A - 一种去除地下水中铅铜镉的吸附材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种去除地下水中几种重金属离子(铅、铜、镉)的吸附材料及其制备方法和应用，涉及含重金属离子的地下水处理技术领域，制作方法包括如下步骤：含有壳聚糖和5％醋酸的烧杯置于水浴锅中，加入2‑吡咯甲醛后使用搅拌器进行搅拌，再加入生物炭使其附着于生物炭基质后，加入四氧化三铁赋予其磁性，然后得到改性材料，将其放于60℃烘箱烘干后得到复合吸附材料。本发明是一种去除地下水中铅铜镉离子的吸附材料，采用共沉淀法制备壳聚糖改性磁性生物炭材料以吸附去除地下水中重金属离子，该材料制备方法简单，成本低廉去除效率快，易于回收且在含重金属废水中具有广泛的应用性。

Description

一种去除地下水中铅铜镉的吸附材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及含铅铜镉的地下水处理技术领域，具体涉及一种地下水中铅铜镉的吸附材料及其制备方法和应用。
背景技术
随着社会的发展和人们生活水平的提高，人类的生产生活影响了自然环境的发展，造成自然环境污染加剧，根据污染的不同领域可以划分为水资源污染、土壤污染、空气污染等几大类。在水资源污染中，最主要的是地下水污染。地下水污染主要指的是在人类正常生产和生活的条件下，由于受到生物、化学，物理等因素使地下水的性质遭到破坏，影响了正常的地下水中元素的含量。地下水污染造成的危害有轻有重，轻则影响水资源的再次使用，重则会给人们的生命造成威胁，而地下水中三大主要污染物分别是有机物污染、放射性污染以及重金属污染。因此本课题以去除地下水中重金属最为切入点来进行进一步研究，由于重金属高危性，它一旦超过一定限制，可以通过水、土及食物链等途径在生物体内累积，从而影响农产品的安全，进而影响人类生活和健康；再加上重金属涉及的行业尤为广泛，重金属治理就显得更为重要。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种以废弃农业生物质为基质的复合吸附剂用于去除地下水中的铅铜镉等重金属离子，该材料不仅可以快速高效的去除水体中的重金属，另外具有磁性的吸附剂还可以解决现有吸附剂难以回收的问题，简单和廉价的原料组成更是降低了材料的制作成本。
同时本发明目的还在于提供一种吸附去除水中铅铜镉等重金属离子的复合材料制备方法。
一种地下水中铅铜镉离子的磁性吸附材料，所述材料为颗粒状：制备方法以农业废弃生物质、壳聚糖等原料通过热处理干燥、原料混合和造粒等过程完成制备后可实现水体重金属离子去除。
所述制备过程中，对农业废弃生物质进行研磨处理时粉末的细度为60-100目。
所述造粒过程步骤中壳聚糖、生物炭和四氧化三铁粉的质量比为(1-3)：(2-4)：(0.5-1.5)，最后的成粒直径为3-5mm，干燥储存。
所述焙烧步骤为马弗炉焙烧，焙烧温度为400-600℃，焙烧时间为60-120min。
本发明以壳聚糖、农业废弃生物质粉作为主要原料，通过简单地焙烧制备快速去除水中铅铜镉等离子，生产工艺简单，且过程无有害气体及污水产生。制备的吸附剂具有磁性，吸附效率高，周期短且使用后便于从水体中分离。
因此本发明制备的吸附剂在去除含铅铜镉等离子的水体中具有广泛适用性。
附图说明
说明书图1为本发明壳聚糖改性磁性生物炭复合吸附剂的材料图。
具体实施方式
实施例1
将玉米芯碎至100目，烘干后取适量的粉末放入马弗炉，在600℃下焙烧2h，自然降至室温后，将所得的生物炭研磨至100目，制得生物炭。将壳聚糖加入到含有250ml的5％冰醋酸，置于30℃水浴锅中进行1h的搅拌；后加入2-吡咯甲醛5g，水浴锅缓慢升至70℃，恒温进行7h的搅拌；之后向溶液中加入5g之前制备好的生物炭，并继续搅拌1.5h，最后加入5g的Fe3O4,在25℃下搅拌1h后使用注射器将混合溶液缓慢滴入1mol/L的NaOH溶液中形成黑色小球，浸泡20min后，反复清洗，后将其置于60℃的烘箱中干燥24h，存储备用。
称取上述制备的壳聚糖改性磁性生物炭复合吸附剂0.5g，置于50ml锥形瓶中，加入50ml含铅、铜、镉等离子的模拟废水溶液中，在反应温度为30±1℃，振荡频率为150rpm的条件下，反应12h后测溶液中这几种金属离子的浓度，计算它们的去除率。
结果表明，反应12h，水体中本吸附剂对铅、铜、镉等金属离子的去除率均达到100％。
实施例2
将玉米芯碎至100目，烘干后取适量的粉末放入马弗炉，在600℃下焙烧2h，自然降至室温后，将所得的生物炭研磨至100目，制得生物炭。将壳聚糖加入到含有250ml的5％冰醋酸，置于30℃水浴锅中进行1h的搅拌；后加入2-吡咯甲醛5g，水浴锅缓慢升至70℃，恒温进行7h的搅拌；之后向溶液中加入5g之前制备好的生物炭，并继续搅拌1.5h，最后加入5g的Fe3O4,在25℃下搅拌1h后使用注射器将混合溶液缓慢滴入1mol/L的NaOH溶液中形成黑色小球，浸泡20min后，反复清洗，后将其置于60℃的烘箱中干燥24h，存储备用。
称取上述制备的壳聚糖改性磁性生物炭复合吸附剂0.5g，置于50ml锥形瓶中，加入50ml含铅、铜、镉等离子的模拟废水溶液中，在反应温度为15±2℃条件下静置12h后测溶液中这几种金属离子的浓度，计算它们的去除率。
结果表明，反应12h，水体中本吸附剂对铅、铜、镉等金属离子的去除率均接近100％。
实施例3
将花生壳碎至100目，烘干后取适量的粉末放入马弗炉，在400℃下焙烧2h，自然降至室温后，将所得的生物炭研磨至100目，制得生物炭。将壳聚糖加入到含有250ml的5％冰醋酸，置于30℃水浴锅中进行1h的搅拌；后加入2-吡咯甲醛5g，水浴锅缓慢升至70℃，恒温进行7h的搅拌；之后向溶液中加入5g之前制备好的生物炭，并继续搅拌1.5h，最后加入5g的Fe3O4,在25℃下搅拌1h后使用注射器将混合溶液缓慢滴入1mol/L的NaOH溶液中形成黑色小球，浸泡20min后，反复清洗，后将其置于60℃的烘箱中干燥24h，存储备用。
称取上述制备的壳聚糖改性磁性生物炭复合吸附剂1.0g，置于250ml锥形瓶中，加入250ml含铅、铜、镉等离子的模拟废水溶液中，在反应温度为15±2℃的条件下静置12h后测溶液中这几种金属离子的浓度，计算它们的去除率。
结果表明，反应12h，水体中本吸附剂对铅、铜、镉等金属离子的去除率分别达到96％、83％、60％。
实施例4
下属试验采用的复合吸附剂材料为实施例3中的材料，将验证该吸附剂对铅铜镉等离子的吸附平衡时间。
称取实施例3中的吸附剂1.0g置于3个不同的250ml的锥形瓶，分别加入250ml的10mg/L含铅离子模拟废水溶液、250ml的10mg/L含铜离子模拟废水溶液、250ml的10mg/L含镉离子模拟废水溶液，不搅拌15±2℃条件下静置，分别在1min，3min，5min，10min，15min，30min，45min，60min，120min，180min，300min，420min，720min，1440min时取样，测其金属离子浓度，计算其去除率。
采用实施例3中所用材料来验证该吸附剂吸附铅铜镉等离子达到平衡的时间，结果显示三种金属离子初始浓度为10mg/L时，该吸附剂对三种离子的吸附均在12h达到平衡，并且对铅离子的去除率为96％，铜离子的去除率为95％，镉离子的去除率为92％，由此可见该去除铅铜镉等离子的吸附材料对三种离子均具有较好的去除效果，可以实现较为稳定的去除。
最后说明的是：上述实施例仅仅是为更加清楚的说明本发明所做的举例，并非是对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他形式的变化或者变动。这里也无法对所有实施方式进行予以穷举。而由此所引申出先问一件的变化或者变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种去除地下水中铅铜镉等离子的复合吸附材料的制备方法，所述的制备方法包括如下步骤：
S1.将壳聚糖加入到含5％冰醋酸的烧杯，在水浴锅中机械搅拌；
S2.在步骤S1的烧杯中加入2-吡咯甲醛；
S3.之后加入生物炭继续进行机械搅拌；
S4.最后加入四氧化三铁，形成均匀的磁性凝胶溶液后是用注射器缓慢滴入NaOH溶液中，浸泡后反复清洗，置于60℃烘箱烘干，得到复合吸附材料。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述壳聚糖的质量与所述5％冰醋酸的体积比为(0.5-2.0)g：100ml，搅拌时间为1h。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述壳聚糖与2-吡咯甲醛的质量比为(1-3):(2-4),同时温度缓慢上升至70℃，进行7h的搅拌。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述壳聚糖与生物炭的质量比为(2-4):(0.5-1.5)，搅拌时间为1.5h。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中所述生物炭与四氧化三铁的质量比为1:1，搅拌时间为1h，温度控制在25℃，NaOH溶液摩尔浓度为1-2mol/L，清洗次数为6次，干燥时间为24h。
6.如权利要求1中所述的制备方法，其特征在于，所述生物质原料热处理过程的焙烧温度为400-600℃，焙烧时间为30-120min。
7.如权利要求1中所述的制备方法，其特征在于，所述生物质原料经热处理后研磨至60-100目。
8.一种去除地下水中铅铜镉离子的，其特征在于，所述吸附材料由权利要求1-7任一项所述的制备方法制备而成。
9.如权利要求6所述的吸附材料，其特征在于，所述的吸附材料在含有重金属的地下水处理中应用。
10.如权利要求7中所述的吸附材料的应用，其特征在于，所述应用方法包括如下：向含铅铜镉等金属离子的水中投加量为1-20g/L的所述吸附材料，在10-40℃下静置或振荡1-1440min。
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