CN113262763B - 一种基于柚子皮的吸附剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于柚子皮的吸附剂及其制备方法和应用。本发明的基于柚子皮的吸附剂的制备方法包括以下步骤：先将柚子皮内白瓤制成柚子皮粉，再依次用苛性碱‑尿素混合溶液和腐殖酸溶液进行改性，即得基于柚子皮的吸附剂。本发明的基于柚子皮的吸附剂具有吸附性能优异、对重金属的吸附量高、性质稳定、可以循环使用等优点，且制备工艺简单、成本低廉，在重金属污染水体治理中具有广阔的应用前景。

Description

一种基于柚子皮的吸附剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种基于柚子皮的吸附剂及其制备方法和应用。
背景技术
随着现代工业和城市化的快速发展，采矿、冶炼、电气电镀、电池制造、金属加工等行业产生了各类含重金属的废水，由于这类废水未经处理或者处理不彻底，排放进河流湖泊造成了严重的重金属污染。重金属离子被排放到环境中以后，无法进行自然降解，而是会通过空气、水、土壤进入动植物体，对生态环境、人类健康(例如：出现水俣病、骨痛病等)和动植物生存构成了很大的威胁。
目前，治理水体重金属污染的方法主要包括生物修复、电化学处理、膜分离、离子交换、吸附剂吸附等。吸附剂吸附工艺不仅设计灵活、操作简单，而且在多数情况下处理过的再生水的质量都很高，此外，吸附过程是可逆的，吸附剂使用后容易通过解吸液进行再生。活性炭是最为常用的吸附剂，吸附效果好，但其制备工艺较复杂、生产成本较高，限制了其大面积使用。
因此，亟需开发一种制备工艺简单、成本低廉、吸附性能好的重金属吸附剂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于柚子皮的吸附剂及其制备方法和应用。
本发明所采取的技术方案是：
一种基于柚子皮的吸附剂的制备方法包括以下步骤：先将柚子皮内白瓤制成柚子皮粉，再依次用苛性碱-尿素混合溶液和腐殖酸溶液进行改性，即得基于柚子皮的吸附剂。
优选的，一种基于柚子皮的吸附剂的制备方法包括以下步骤：
1)将柚子皮内白瓤干燥、粉碎和过筛，得到柚子皮粉；
2)将柚子皮粉加入苛性碱-尿素混合溶液中，进行第一次改性处理，得到碱改性柚子皮粉；
3)将碱改性柚子皮粉加入腐殖酸溶液中，进行第二次改性处理，得到腐殖酸改性柚子皮粉；
4)将腐殖酸改性柚子皮粉干燥、研磨和过筛，即得基于柚子皮的吸附剂。
优选的，所述柚子皮粉、苛性碱的质量比为1:1～1:6。
优选的，所述苛性碱、尿素的质量比为1:1～1:2。
优选的，所述柚子皮粉、腐殖酸的质量比为5:1～40:1。
优选的，步骤1)所述过筛为过100目筛。
优选的，步骤2)所述第一次改性处理在室温(15℃～30℃)下进行，处理时间为0.5h～24h。
优选的，步骤3)所述第二次改性处理在室温(15℃～30℃)下进行，处理时间为1h～12h。
优选的，步骤4)所述过筛为过50目筛。
一种重金属污染水体治理方法包括以下步骤：将上述方法制备得到的基于柚子皮的吸附剂加入重金属污染水体中，进行振荡吸附。
本发明的有益效果是：本发明的基于柚子皮的吸附剂具有吸附性能优异、对重金属的吸附量高、性质稳定、可以循环使用等优点，且制备工艺简单、成本低廉，在重金属污染水体治理中具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为实施例1～6和对比例的基于柚子皮的吸附剂的Cd2+吸附效果测试结果图。
图2为实施例4和对比例的基于柚子皮的吸附剂的SEM图。
图3为实施例4和对比例的基于柚子皮的吸附剂的FTIR图。
图4为不同投加量的实施例4的基于柚子皮的吸附剂对Cd2+的去除效果测试结果图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的解释和说明。
实施例1：
一种基于柚子皮的吸附剂，其制备方法包括以下步骤：
1)将新鲜柚子皮内的白瓤剥下，洗净，60℃烘24h，研磨，过100目筛，得到柚子皮粉；
2)将2g的柚子皮粉、3g的氢氧化钠、4g的尿素和43mL的水混合，室温搅拌1h，抽滤，水洗，60℃烘24h，得到碱改性柚子皮粉；
3)将步骤2)得到的碱改性柚子皮粉、0.05g的腐殖酸和20mL的水混合，室温搅拌6h，抽滤，水洗，得到腐殖酸改性柚子皮粉；
4)将腐殖酸改性柚子皮粉60℃烘24h，研磨，过50目筛，即得基于柚子皮的吸附剂。
实施例2：
一种基于柚子皮的吸附剂，其制备方法包括以下步骤：
1)将新鲜柚子皮内的白瓤剥下，洗净，60℃烘24h，研磨，过100目筛，得到柚子皮粉；
2)将2g的柚子皮粉、3g的氢氧化钠、4g的尿素和43mL的水混合，室温搅拌1h，抽滤，水洗，60℃烘24h，得到碱改性柚子皮粉；
3)将步骤2)得到的碱改性柚子皮粉、0.1g的腐殖酸和20mL的水混合，室温搅拌6h，抽滤，水洗，得到腐殖酸改性柚子皮粉；
4)将腐殖酸改性柚子皮粉60℃烘24h，研磨，过50目筛，即得基于柚子皮的吸附剂。
实施例3：
一种基于柚子皮的吸附剂，其制备方法包括以下步骤：
1)将新鲜柚子皮内的白瓤剥下，洗净，60℃烘24h，研磨，过100目筛，得到柚子皮粉；
2)将2g的柚子皮粉、3g的氢氧化钠、4g的尿素和43mL的水混合，室温搅拌1h，抽滤，水洗，60℃烘24h，得到碱改性柚子皮粉；
3)将步骤2)得到的碱改性柚子皮粉、0.2g的腐殖酸和20mL的水混合，室温搅拌6h，抽滤，水洗，得到腐殖酸改性柚子皮粉；
4)将腐殖酸改性柚子皮粉60℃烘24h，研磨，过50目筛，即得基于柚子皮的吸附剂。
实施例4：
一种基于柚子皮的吸附剂，其制备方法包括以下步骤：
1)将新鲜柚子皮内的白瓤剥下，洗净，60℃烘24h，研磨，过100目筛，得到柚子皮粉；
2)将2g的柚子皮粉、6g的氢氧化钠、8g的尿素和86mL的水混合，室温搅拌1h，抽滤，水洗，60℃烘24h，得到碱改性柚子皮粉；
3)将步骤2)得到的碱改性柚子皮粉、0.05g的腐殖酸和20mL的水混合，室温搅拌6h，抽滤，水洗，得到腐殖酸改性柚子皮粉；
4)将腐殖酸改性柚子皮粉60℃烘24h，研磨，过50目筛，即得基于柚子皮的吸附剂。
实施例5：
一种基于柚子皮的吸附剂，其制备方法包括以下步骤：
1)将新鲜柚子皮内的白瓤剥下，洗净，60℃烘24h，研磨，过100目筛，得到柚子皮粉；
2)将2g的柚子皮粉、6g的氢氧化钠、8g的尿素和86mL的水混合，室温搅拌1h，抽滤，水洗，60℃烘24h，得到碱改性柚子皮粉；
3)将步骤2)得到的碱改性柚子皮粉、0.1g的腐殖酸和20mL的水混合，室温搅拌6h，抽滤，水洗，得到腐殖酸改性柚子皮粉；
4)将腐殖酸改性柚子皮粉60℃烘24h，研磨，过50目筛，即得基于柚子皮的吸附剂。
实施例6：
一种基于柚子皮的吸附剂，其制备方法包括以下步骤：
1)将新鲜柚子皮内的白瓤剥下，洗净，60℃烘24h，研磨，过100目筛，得到柚子皮粉；
2)将2g的柚子皮粉、6g的氢氧化钠、8g的尿素和86mL的水混合，室温搅拌1h，抽滤，水洗，60℃烘24h，得到碱改性柚子皮粉；
3)将步骤2)得到的碱改性柚子皮粉、0.2g的腐殖酸和20mL的水混合，室温搅拌6h，抽滤，水洗，得到腐殖酸改性柚子皮粉；
4)将腐殖酸改性柚子皮粉60℃烘24h，研磨，过50目筛，即得基于柚子皮的吸附剂。
对比例：
一种基于柚子皮的吸附剂，其制备方法包括以下步骤：
将新鲜柚子皮内的白瓤剥下，洗净，60℃烘24h，研磨，过100目筛，得到柚子皮粉，即基于柚子皮的吸附剂。
性能测试：
1)配制7组体积10mL、pH＝5、Cd2+浓度100mg/L的溶液，分别加入0.01g实施例1～6和对比例的基于柚子皮的吸附剂，30℃下振荡吸附12h，震荡速率为180r/min，再采用原子吸收分光光度计测定上清液中Cd2+的浓度，并计算吸附剂对Cd2+的吸附量Qe，得到的Cd2+吸附效果测试结果如图1所示。
由图1可知：实施例1～6的基于柚子皮的吸附剂与对比例的基于柚子皮的吸附剂相比，对Cd2+的吸附容量显著提高，实施例4的基于柚子皮的吸附剂对Cd2+的吸附容量高达83.7mg/g。
2)实施例4和对比例的基于柚子皮的吸附剂的扫描电镜图(SEM)图如图2所示，红外光谱(FTIR)图如图3所示。
由图2可知：实施例4的基于柚子皮的吸附剂与对比例的基于柚子皮的吸附剂相比，表面更加不规则和粗糙，且生成了褶皱状和海绵状的表面结构，表明本发明通过改性可以增加吸附剂的吸附位点，从而可以增加吸附剂对重金属的吸附量。
由图3可知：1600cm-1和1390cm-1处的峰为-COOH的伸缩振动吸收峰，在1457cm-1和1317cm-1处的峰值为-NH的伸缩振动吸收峰，表明实施例4的基于柚子皮的吸附剂中成功引入了氨基和羧基，新引入的官能团有利于吸附重金属。
3)配制3组体积10mL、pH＝5、Cd2+浓度100mg/L的溶液，分别加入0.005g、0.01g和0.02g实施例4的基于柚子皮的吸附剂，30℃下振荡吸附12h，震荡速率为180r/min，再采用原子吸收分光光度计测定上清液中Cd2+的浓度，并计算不同投加量的吸附剂对Cd2+的去除率，得到的Cd2+去除效果测试结果如图4所示。
由图4可知：随着吸附剂投加量的增大，Cd2+的去除率也增大，当吸附剂的投加量0.02g时，Cd2+的去除率高达99.7％。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于柚子皮的吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将柚子皮内白瓤干燥、粉碎和过筛，得到柚子皮粉；
2)将柚子皮粉加入苛性碱-尿素混合溶液中，进行第一次改性处理，得到碱改性柚子皮粉；
3)将碱改性柚子皮粉加入腐殖酸溶液中，进行第二次改性处理，得到腐殖酸改性柚子皮粉；
4)将腐殖酸改性柚子皮粉干燥、研磨和过筛，即得基于柚子皮的吸附剂；
所述柚子皮粉、苛性碱的质量比为1:3；
所述苛性碱、尿素的质量比为3:4；
所述柚子皮粉、腐殖酸的质量比为40:1；
步骤2)所述第一次改性处理在室温下进行，处理时间为0.5h～24h；
步骤3)所述第二次改性处理在室温下进行，处理时间为1h～12h。
2.根据权利要求1所述的基于柚子皮的吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤1)所述过筛为过100目筛；步骤4)所述过筛为过50目筛。
3.一种基于柚子皮的吸附剂，其特征在于，其由权利要求1～2中任意一项所述的方法制备得到。
4.一种重金属污染水体治理方法，其特征在于，包括以下步骤：将权利要求3所述的基于柚子皮的吸附剂加入重金属污染水体中，进行振荡吸附。
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