CN115532238A - 一种农业废水改性生物吸附剂及其制备方法与应用 - Google Patents
一种农业废水改性生物吸附剂及其制备方法与应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115532238A CN115532238A CN202211110191.8A CN202211110191A CN115532238A CN 115532238 A CN115532238 A CN 115532238A CN 202211110191 A CN202211110191 A CN 202211110191A CN 115532238 A CN115532238 A CN 115532238A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- adsorbent
- core
- modified
- silica gel
- protective layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 title claims abstract description 67
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 title claims abstract description 44
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 claims abstract description 45
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 38
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N ferrosoferric oxide Chemical compound O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 36
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 33
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 claims abstract description 33
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 33
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims abstract description 32
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 claims abstract description 31
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 claims abstract description 31
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 31
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 31
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 claims abstract description 28
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 claims abstract description 24
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 24
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 8
- -1 stirring uniformly Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 claims abstract description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 29
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims description 20
- 229920003063 hydroxymethyl cellulose Polymers 0.000 claims description 14
- 229940031574 hydroxymethyl cellulose Drugs 0.000 claims description 14
- 239000004354 Hydroxyethyl cellulose Substances 0.000 claims description 12
- 229920000663 Hydroxyethyl cellulose Polymers 0.000 claims description 12
- 235000019447 hydroxyethyl cellulose Nutrition 0.000 claims description 12
- 238000005469 granulation Methods 0.000 claims description 10
- 230000003179 granulation Effects 0.000 claims description 10
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 10
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 claims description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 5
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims description 4
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 4
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002154 agricultural waste Substances 0.000 claims description 3
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 claims description 2
- 229920002153 Hydroxypropyl cellulose Polymers 0.000 claims description 2
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 claims description 2
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 claims description 2
- 235000010977 hydroxypropyl cellulose Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000001863 hydroxypropyl cellulose Substances 0.000 claims description 2
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 claims description 2
- 235000015424 sodium Nutrition 0.000 claims description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 abstract description 3
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 abstract 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 description 14
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 12
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 10
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 8
- DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N acetic acid;2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanal;sodium Chemical compound [Na].CC(O)=O.OCC(O)C(O)C(O)C(O)C=O DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 6
- 235000019812 sodium carboxymethyl cellulose Nutrition 0.000 description 6
- 229920001027 sodium carboxymethylcellulose Polymers 0.000 description 6
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 4
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 4
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 4
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000011133 lead Substances 0.000 description 3
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 2
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009388 chemical precipitation Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 239000003621 irrigation water Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000007790 scraping Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
- B01J20/06—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising oxides or hydroxides of metals not provided for in group B01J20/04
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
- B01J20/20—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising free carbon; comprising carbon obtained by carbonising processes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/22—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material
- B01J20/24—Naturally occurring macromolecular compounds, e.g. humic acids or their derivatives
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
- B01J20/28002—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J20/28009—Magnetic properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
- B01J20/28014—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their form
- B01J20/28016—Particle form
- B01J20/28019—Spherical, ellipsoidal or cylindrical
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
- B01J20/3042—Use of binding agents; addition of materials ameliorating the mechanical properties of the produced sorbent
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
- B01J20/305—Addition of material, later completely removed, e.g. as result of heat treatment, leaching or washing, e.g. for forming pores
- B01J20/3064—Addition of pore forming agents, e.g. pore inducing or porogenic agents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
- C02F1/288—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using composite sorbents, e.g. coated, impregnated, multi-layered
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/10—Inorganic compounds
- C02F2101/20—Heavy metals or heavy metal compounds
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
- Water Treatment By Sorption (AREA)
Abstract
本发明涉及农业废水处理技术领域，具体公开一种农业废水改性生物吸附剂及其制备方法与应用。所述吸附剂包括生物质碳内核和包覆在该内核外部的保护层。其中：所述内核是包含掺杂有纤维素增稠剂的碳材料形成的多孔粒状结构。所述保护层是包含硅胶、纤维素增稠剂、四氧化三铁微粒形成的柔性多孔结构。所述方法包括：(1)将所述生物质碳内核组分混匀后造粒，得到内核。(2)将所述纤维素增稠剂、四氧化三铁微粒、聚乙二醇粉末加到硅胶液中拌匀，将胶液涂到内核表面，固化后用热水进行浸泡处理、干燥后即得所述改性生物吸附剂。本发明的吸附剂不仅利用了四氧化三铁进行赋磁，而且避免了磁性吸附剂与废水分离时导致吸附剂容易破坏、损耗的问题。
Description
技术领域
本发明涉及农业废水处理技术领域，具体涉及一种农业废水改性生物吸附剂及其制备方法与应用。
背景技术
农业废水包括农牧业生产排出的废水、降水、灌溉水流过农田或经农田渗漏排出的水等，其中含有大量的污染物，例如，农牧业生产排出的废水中含有大量的锌、铜、铬、铅、砷、镉等重金属污染物，这些污染物进入农田、土地、水体后会进一步造成土壤、水体的重金属污染，经过生物体吸收富集后进入生物链，对人类的生活造成了很大的危害。因此研究如何降低农业废水中的重金属等污染物具有重要的现实意义。为了去除农业废水中的重金属离子，人们开发出了化学沉淀法、氧化还原法、电解法、离子交换法、吸附法等。由于吸附法在处理农学废水的应用中展现出了很多优点，其成为研究的重点，随着技术的不断发展，利用廉价的废弃生物质开发出了各种类型的生物质吸附剂。在可选的实施方式中，为了在使用后将这类吸附剂与废水分离，研究人员利用四氧化三铁为类吸附剂赋磁。然而，本发明在实际应用中发现这类生物质吸附剂仍然存在一些不足，导致生物质吸附剂存在易破坏、易损耗等方面的问题。
发明内容
本发明提供一种农业废水改性生物吸附剂及其制备方法与应用，该吸附剂不仅利用了四氧化三铁进行赋磁，而且避免了磁性吸附剂与废水分离时导致吸附剂容易破坏、损耗的问题。具体地，本发明公开如下技术方案。
首先，提供一种农业废水改性生物吸附剂，其包括生物质碳内核和包覆在该内核外部的保护层。其中：所述内核是包含掺杂有纤维素增稠剂的碳材料形成的多孔粒状结构。所述保护层是包含硅胶、纤维素增稠剂、四氧化三铁微粒形成的柔性多孔结构。
在可选的实施方式中，所述内核中，纤维素增稠剂的掺杂量占内核质量的16～21％。该纤维素增稠剂不仅可以促进内核的结构稳定性，而且能够促进内核对重金属离子的吸附能力。
在可选的实施方式中，所述碳材料是由农业废弃生物质经过热解碳化形成，不仅原料易得、廉价，而且实现了农业废弃生物质的资源化利用。
在可选的实施方式中，所述保护层中，硅胶、纤维素增稠剂、四氧化三铁微粒的重量份比为1.5～1.8：0.5～0.65：0.3～0.4。包括上述组分的保护层不仅可以实现对内核的保护，而且能够提升本发明生物吸附剂的吸附能力。
在可选的实施方式中，所述纤维素增稠剂包括：羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羧甲基纤维素、羟甲基纤维素钠等中的至少一种。
在可选的实施方式中，所述生物质碳内核直径为5～12mm(如5mm、6mm、8mm、11mm、12mm等)，所述保护层的厚度为0.2～0.5mm(如0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm等)或者其他适合实际需要的厚度。
其次，提供一种农业废水改性生物吸附剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将所述生物质碳材料微粒、纤维素增稠剂粉末混合后搅拌均匀，然后喷水造粒，得到生物质碳内核，备用。
(2)将所述纤维素增稠剂、四氧化三铁微粒、聚乙二醇粉末混合均匀，然后加入到硅胶液中搅拌均匀，然后将得到的混合物胶液涂覆到生物质碳内核表面，固化后形成包覆在所述内核外部的保护层，然后用热水进行浸泡处理、干燥后即得所述改性生物吸附剂。
在可选的实施方式中，步骤(1)中，所述生物质碳内核直径为5～12mm。
在可选的实施方式中，步骤(2)中，所述聚乙二醇粉末的添加量为混合物胶液质量的10～15％。通过所述热水处理，可除去聚乙二醇增加保护层的孔隙。
在可选的实施方式中，步骤(2)中，所述四氧化三铁微粒为微米级，以便增加保护层中四氧化三铁的密度，保证吸附剂的磁性。
在可选的实施方式中，步骤(2)中的所述硅胶为A组分和B组分组成的AB型硅胶，使用时，将A组分和B组分混合均匀，在常温下即可固化或加热固化。可选地，所述加热温度为70～75℃，时间为20～30min，通过加热可显著缩短保护层的固化时间。
在可选的实施方式中，步骤(2)中的所述热水温度为60～75℃，浸泡处理的时间为30～40min。
在可选的实施方式中，步骤(2)中的所述干燥温度为40～50℃，时间为1～1.5小时，以降低生物吸附剂中的含水率。
其次，提供所述农业废水改性生物吸附剂在环境、农业等领域废水处理中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下方面的有益效果：在传统的通过四氧化三铁赋磁的碳质吸附剂中，通常是将四氧化三铁颗粒直接附着到碳质上，以便于在完成吸附后借助磁吸回收装置将这种磁性吸附剂从废水中分离出来。然而，本发明发现这种吸附剂在分离过程中由于吸附时产生的碰撞存在容易破坏和损耗的问题，产生的碎屑进入污水中成为新的杂质。同时，裸露在吸附剂中的四氧化三铁存在脱落以及在废水复杂的条件下降解、变性而导致吸附剂磁性降低甚至消失的问题。
为此，本发明制备了包括包含硅胶、纤维素增稠剂、四氧化三铁微粒形成的柔性多孔保护层，通过这种保护层将碳内核包裹在其中可以有效克服上述问题。因为：首先，通过硅胶和纤维素增稠剂形成的主体结构具有良好的柔性，可以有效抵抗吸附剂之间产生的碰撞和冲击，而且这种保护层表面比较光滑，减小吸附剂之间因刮蹭导致的脱落。其次，所述四氧化三铁被包覆在保护层中避免了与外界环境和物质的接触，确保了四氧化三铁的稳定性，同时也避免了四氧化三铁的脱落，确保了吸附剂磁性的稳定。而且通过这种方式使四氧化三铁富集在吸附剂表面，使磁性更加集中，吸附剂更易从水中分离，而且有利于减少四氧化三铁的使用量。再次，通过在保护层中加入纤维素增稠剂使保护层可以渗水，一方面便于在所述热水处理时水进入聚乙二醇溶解，使保护层进一步形成多孔结构。另一方面，所述纤维素增稠剂可与废水中一些金属离子产生交联，从而使本发明的吸附剂的保护层也具备去除污水中金属离子的能力。再一方面，所述纤维素增稠剂良好的亲水性可使吸附剂能够快速与污水接触，克服了传统的碳质吸附剂亲水性差，影响吸附效率的问题。
除此之外，本发明的碳内核由碳材料与纤维素增稠剂组成，该纤维素增稠剂不仅作为粘结剂便于碳材料成型，而且制备碳内核过程中该纤维素增稠剂吸水后膨胀有助于增加碳内核的孔隙，同时膨胀的纤维素增稠剂作为支撑体有助于防止碳内核坍塌。当该碳内核进入废水中后，进一步吸水膨胀，再加上该纤维素增稠剂与废水中金属离子交联后形成的支撑体强度更好，有助于防止碳内核长时间浸泡产生的坍塌而影响吸附效果，提高了碳内核的结构稳定性，也通过该纤维素增稠剂促进了对金属离子的去除。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例1制备的粒状生物质碳内核的效果图。
具体实施方式
需要说明的是，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同，除非另行定义。本发明所使用的试剂或原料均可通过常规途径购买获得，如无特殊说明，本发明所使用的试剂或原料均按照本领域常规方式使用或者按照产品说明书使用。
此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
下列实施例中，所述硅胶液统一采用市售的恒昌AB型食品级硅胶(型号：HC-860)，使用时将A组分与B组分等质量在自然条件下混合后搅拌6min，得到半透明硅胶液。
实施例1
一种农业废水改性生物吸附剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将生物质碳材料、羟甲基纤维素粉末混合后搅拌均匀的带混合粉体，其中的羟甲基纤维素粉末的质量占比为19％。然后将所述混合粉体在造粒机中喷水造粒，得到粒径主要分布在5～8mm之间的粒状生物质碳内核，如图1所示。
(2)按照硅胶液、羟甲基纤维素粉末、微米四氧化三铁的重量份比为1.5：0.6：0.35的比例准备各原料。然后将所述羟甲基纤维素粉末、四氧化三铁、聚乙二醇(PEG-2000)粉末混合均匀，然后加入到硅胶液中连续快速搅拌5min，得到混合物胶液，其中，所述聚乙二醇粉末质量占比为13％。
(3)将步骤(2)制备的混合物胶液均匀涂覆到步骤(1)的生物质碳内核表面，然后在室温下静置3小时进行固化，形成包覆在所述内核外部的保护层，得到吸附剂前驱体。
(4)将所述吸附剂前驱体置于70℃的热水中，在搅拌条件下浸泡30min，取出后在40℃干燥1.5小时，即得改性生物吸附剂。
实施例2
一种农业废水改性生物吸附剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将生物质碳材料、羟甲基纤维素钠粉末混合后搅拌均匀的带混合粉体，其中的羟甲基纤维素钠粉末的质量占比为16％。然后将所述混合粉体在造粒机中喷水造粒，得到粒径主要分布在6～10mm之间的粒状生物质碳内核。
(2)按照硅胶液、羟甲基纤维素钠粉末、微米四氧化三铁的重量份比为1.8：0.65：0.4的比例准备各原料。然后将所述羟甲基纤维素钠粉末、四氧化三铁、聚乙二醇粉(PEG-2000)末混合均匀，然后加入到硅胶液中连续快速搅拌7min，得到混合物胶液，其中，所述聚乙二醇粉末质量占比为15％。
(3)将步骤(2)制备的混合物胶液均匀涂覆到步骤(1)的生物质碳内核表面，然后在70℃保温30min进行固化，形成包覆在所述内核外部的保护层，得到吸附剂前驱体。
(4)将所述吸附剂前驱体置于60℃的热水中，在搅拌条件下浸泡40min，取出后在40℃干燥1.5小时，即得改性生物吸附剂。
实施例3
一种农业废水改性生物吸附剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将生物质碳材料、羟乙基纤维素粉末混合后搅拌均匀的带混合粉体，其中的羟乙基纤维素粉末的质量占比为21％。然后将所述混合粉体在造粒机中喷水造粒，得到粒径主要分布在10～12mm之间的粒状生物质碳内核。
(2)按照硅胶液、羟乙基纤维素钠粉末、微米四氧化三铁的重量份比为1.6：0.5：0.3的比例准备各原料。然后将所述羟乙基纤维素粉末、四氧化三铁、聚乙二醇粉(PEG-2000)末混合均匀，然后加入到硅胶液中连续快速搅拌5min，得到混合物胶液，其中，所述聚乙二醇粉末质量占比为10％。
(3)将步骤(2)制备的混合物胶液均匀涂覆到步骤(1)的生物质碳内核表面，然后在75℃保温20min进行固化，形成包覆在所述内核外部的保护层，得到吸附剂前驱体。
(4)将所述吸附剂前驱体置于75℃的热水中，在搅拌条件下浸泡35min，取出后在50℃干燥1小时，即得改性生物吸附剂。
实施例4
一种农业废水改性生物吸附剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将生物质碳材料、聚乙二醇(PEG-2000)粉末混合后搅拌均匀的带混合粉体，其中的聚乙二醇粉末的质量占比为19％。然后将所述混合粉体在造粒机中喷水造粒，得到粒径主要分布在5～8mm之间的粒状生物质碳内核。
(2)按照硅胶液、羟甲基纤维素粉末、微米四氧化三铁的重量份比为1.5：0.6：0.35的比例准备各原料。然后将所述羟甲基纤维素粉末、四氧化三铁、聚乙二醇(PEG-2000)粉末混合均匀，然后加入到硅胶液中连续快速搅拌5min，得到混合物胶液，其中，所述聚乙二醇粉末质量占比为13％。
(3)将步骤(2)制备的混合物胶液均匀涂覆到步骤(1)的生物质碳内核表面，然后在室温下静置3小时进行固化，形成包覆在所述内核外部的保护层，得到吸附剂前驱体。
(4)将所述吸附剂前驱体置于70℃的热水中，在搅拌条件下浸泡30min，取出后在40℃干燥1.5小时，即得改性生物吸附剂。
实施例5
一种农业废水改性生物吸附剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将生物质碳材料、羟甲基纤维素钠粉末混合后搅拌均匀的带混合粉体，其中的羟甲基纤维素钠粉末的质量占比为16％。然后将所述混合粉体在造粒机中喷水造粒，得到粒径主要分布在6～10mm之间的粒状生物质碳内核。
(2)按照硅胶液、微米四氧化三铁的重量份比为1.8：0.4的比例准备各原料。然后将所述四氧化三铁、聚乙二醇粉(PEG-2000)末混合均匀，然后加入到硅胶液中连续快速搅拌7min，得到混合物胶液，其中，所述聚乙二醇粉末质量占比为15％。
(3)将步骤(2)制备的混合物胶液均匀涂覆到步骤(1)的生物质碳内核表面，然后在70℃保温30min进行固化，形成包覆在所述内核外部的保护层，得到吸附剂前驱体。
(4)将所述吸附剂前驱体置于60℃的热水中，在搅拌条件下浸泡40min，取出后在40℃干燥1.5小时，即得改性生物吸附剂。
实施例6
一种农业废水改性生物吸附剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将生物质碳材料、羟乙基纤维素粉末混合后搅拌均匀的带混合粉体，其中的羟乙基纤维素粉末的质量占比为21％。然后将所述混合粉体在造粒机中喷水造粒，得到粒径主要分布在10～12mm之间的粒状生物质碳内核。
(2)按照硅胶液、羟乙基纤维素钠粉末、微米四氧化三铁的重量份比为1.6：0.5：0.3的比例准备各原料。然后将所述羟乙基纤维素粉末、四氧化三铁、聚乙二醇粉(PEG-2000)末混合均匀，然后加入到硅胶液中连续快速搅拌5min，得到混合物胶液，其中，所述聚乙二醇粉末质量占比为10％。
(3)将步骤(2)制备的混合物胶液均匀涂覆到步骤(1)的生物质碳内核表面，然后在75℃保温20min进行固化，形成包覆在所述内核外部的保护层，得到吸附剂前驱体。
(4)将所述吸附剂前驱体置于75℃的热水中，在搅拌条件下浸泡35min，取出后在50℃干燥1小时，即得改性生物吸附剂。
实施例7
一种农业废水改性生物吸附剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将生物质碳材料、羟乙基纤维素粉末混合后搅拌均匀的带混合粉体，其中的羟乙基纤维素粉末的质量占比为21％。然后将所述混合粉体在造粒机中喷水造粒，得到粒径主要分布在10～12mm之间的粒状生物质碳内核，即得改性生物吸附剂。
实施例8
一种农业废水改性生物吸附剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将生物质碳材料、羟甲基纤维素粉末混合后搅拌均匀的带混合粉体，其中的羟甲基纤维素粉末的质量占比为19％。然后将所述混合粉体在造粒机中喷水造粒，得到粒径主要分布在5～8mm之间的粒状生物质碳内核。
(2)按照硅胶液、羟甲基纤维素粉末、微米四氧化三铁的重量份比为1.5：0.6：0.35的比例准备各原料。然后将所述羟甲基纤维素粉末、四氧化三铁、聚乙二醇(PEG-2000)粉末混合均匀，然后加入到硅胶液中连续快速搅拌5min，得到混合物胶液，其中，所述聚乙二醇粉末质量占比为13％。
(3)将步骤(2)制备的混合物胶液均匀涂覆到步骤(1)的生物质碳内核表面，然后在室温下静置3小时进行固化，形成包覆在所述内核外部的保护层，即得改性生物吸附剂。
效果测试：
对上述实施例1～8制备的生物吸附剂的金属吸附能力进行测试，方法主要如下：将生物吸附剂分别置于浓度均为0.05mol/L的Fe2+、Fe3+、Cu2+、Cr3+、Pb2+的模拟废水中，生物吸附剂和模拟废水的质量比为1g：1000ml，搅拌10min后过分离出生物吸附剂，然后测试模拟废水中各金属离子的浓度，并计算去除率，结果如下表所示。可以看出，相对于实施例4、实施例5、实施例6、实施例8，实施例1～3的改性生物吸附剂能够对上述几种金属离子进行有效去除，实施例7制备的生物吸附剂的吸附效率虽然和实施例1～3基本处于同一水平，但实施例7的生物吸附剂在从所述模拟废水分离出来后，模拟废水中存在明显的细碎的残渣，这主要是在搅拌过程中该生物吸附剂破碎、脱落导致，而其他实施例的模拟废水中则没有出现明显的上述现象。
| 实施例序号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| Fe<sup>2+</sup>去除率/％ | 96.4 | 94.7 | 96.1 | 83.5 | 67.9 | 75.2 | 96.8 | 70.8 |
| Fe<sup>3+</sup>去除率/％ | 95.5 | 94.2 | 96.8 | 85.6 | 63.4 | 79.6 | 95.7 | 68.2 |
| Zn<sup>2+</sup>去除率/％ | 98.8 | 98.3 | 99.2 | 88.7 | 72.9 | 81.1 | 99.6 | 77.5 |
| Cr<sup>3+</sup>去除率/％ | 99.1 | 97.7 | 97.2 | 81.6 | 76.8 | 83.4 | 98.1 | 82.4 |
| Pb<sup>2+</sup>去除率/％ | 98.6 | 98.2 | 97.5 | 86.3 | 69.5 | 74.6 | 97.8 | 71.3 |
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种农业废水改性生物吸附剂，其特征在于，该吸附剂包括生物质碳内核和包覆在该内核外部的保护层；其中：所述内核是包含掺杂有纤维素增稠剂的碳材料形成的多孔粒状结构；所述保护层是包含硅胶、纤维素增稠剂、四氧化三铁微粒形成的柔性多孔结构。
2.根据权利要求1所述的农业废水改性生物吸附剂，其特征在于，所述内核中，纤维素增稠剂的掺杂量占内核质量的16～21％；优选地，所述碳材料是由农业废弃生物质经过热解碳化形成。
3.根据权利要求1所述的农业废水改性生物吸附剂，其特征在于，所述保护层中，硅胶、纤维素增稠剂、四氧化三铁微粒的重量份比为1.5～1.8：0.5～0.65：0.3～0.4。
4.根据权利要求1所述的农业废水改性生物吸附剂，其特征在于，所述纤维素增稠剂包括：羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羧甲基纤维素、羟甲基纤维素钠中的至少一种。
5.根据权利要求1-4任一项所述的农业废水改性生物吸附剂，其特征在于，所述生物质碳内核直径为5～12mm，所述保护层的厚度为0.2～0.5mm。
6.权利要求1-5任一项所述的农业废水改性生物吸附剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将所述生物质碳材料微粒、纤维素增稠剂粉末混合后搅拌均匀，然后喷水造粒，得到生物质碳内核，备用；
(2)将所述纤维素增稠剂、四氧化三铁微粒、聚乙二醇粉末混合均匀，然后加入到硅胶液中搅拌均匀，然后将得到的混合物胶液涂覆到生物质碳内核表面，固化后形成包覆在所述内核外部的保护层，然后用热水进行浸泡处理、干燥后即得所述改性生物吸附剂。
7.权利要求6所述的农业废水改性生物吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述生物质碳内核直径为5～12mm。
8.权利要求6所述的农业废水改性生物吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述聚乙二醇粉末的添加量为混合物胶液质量的10～15％；
优选地，步骤(2)中，所述四氧化三铁微粒为微米级。
9.权利要求6所述的农业废水改性生物吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中的所述硅胶为A组分和B组分组成的AB型硅胶，使用时，将A组分和B组分混合均匀，在常温下即可固化或加热固化；优选地，所述加热温度为70～75℃，时间为20～30min；
优选地，步骤(2)中的所述热水温度为60～75℃，浸泡处理的时间为30～40min；
优选地，步骤(2)中的所述干燥温度为40～50℃，时间为1～1.5小时。
10.权利要求1-5任一项所述的农业废水改性生物吸附剂或者权利要求6-9任一项所述的方法制备的农业废水改性生物吸附剂在环境或农业领域废水处理中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211110191.8A CN115532238B (zh) | 2022-09-13 | 2022-09-13 | 一种农业废水改性生物吸附剂及其制备方法与应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211110191.8A CN115532238B (zh) | 2022-09-13 | 2022-09-13 | 一种农业废水改性生物吸附剂及其制备方法与应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115532238A true CN115532238A (zh) | 2022-12-30 |
| CN115532238B CN115532238B (zh) | 2023-10-27 |
Family
ID=84725808
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211110191.8A Active CN115532238B (zh) | 2022-09-13 | 2022-09-13 | 一种农业废水改性生物吸附剂及其制备方法与应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115532238B (zh) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101733065A (zh) * | 2008-11-21 | 2010-06-16 | 华东理工大学 | 可磁分离的核壳结构介孔重金属离子吸附剂及其制备方法 |
| CN108176373A (zh) * | 2018-01-09 | 2018-06-19 | 青岛农业大学 | 一种氧化石墨烯改性玉米秸秆生物炭及其制备方法和在去除污水中重金属的应用 |
| CN109225129A (zh) * | 2017-07-11 | 2019-01-18 | 内蒙古大学 | 一种水热制备前改性微球功能性秸秆炭的制作方法 |
| CN111211301A (zh) * | 2020-01-10 | 2020-05-29 | 上海工程技术大学 | 柔性有机化合物/生物质炭纤维复合材料及其制备方法 |
| US20200298202A1 (en) * | 2017-12-12 | 2020-09-24 | Jiangsu Academy Of Agricultural Sciences | Preparation Method for Combined Modified Straw Active Particulate Carbon Adsorption Material and Use of Same |
| CN111871385A (zh) * | 2020-06-03 | 2020-11-03 | 江苏大学 | 一种椰壳生物质炭复合羧甲基纤维素吸附剂的制备方法及其应用 |
| CN112090399A (zh) * | 2020-09-24 | 2020-12-18 | 四川农业大学 | 一种生物改性微米磁性生物炭吸附剂及其制备方法和应用 |
| CN112774642A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-05-11 | 西南民族大学 | 一种具有对Pb（Ⅱ）选择性吸附功能的纳米磁性吸附剂的制备方法 |
-
2022
- 2022-09-13 CN CN202211110191.8A patent/CN115532238B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101733065A (zh) * | 2008-11-21 | 2010-06-16 | 华东理工大学 | 可磁分离的核壳结构介孔重金属离子吸附剂及其制备方法 |
| CN109225129A (zh) * | 2017-07-11 | 2019-01-18 | 内蒙古大学 | 一种水热制备前改性微球功能性秸秆炭的制作方法 |
| US20200298202A1 (en) * | 2017-12-12 | 2020-09-24 | Jiangsu Academy Of Agricultural Sciences | Preparation Method for Combined Modified Straw Active Particulate Carbon Adsorption Material and Use of Same |
| CN108176373A (zh) * | 2018-01-09 | 2018-06-19 | 青岛农业大学 | 一种氧化石墨烯改性玉米秸秆生物炭及其制备方法和在去除污水中重金属的应用 |
| CN111211301A (zh) * | 2020-01-10 | 2020-05-29 | 上海工程技术大学 | 柔性有机化合物/生物质炭纤维复合材料及其制备方法 |
| CN111871385A (zh) * | 2020-06-03 | 2020-11-03 | 江苏大学 | 一种椰壳生物质炭复合羧甲基纤维素吸附剂的制备方法及其应用 |
| CN112090399A (zh) * | 2020-09-24 | 2020-12-18 | 四川农业大学 | 一种生物改性微米磁性生物炭吸附剂及其制备方法和应用 |
| CN112774642A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-05-11 | 西南民族大学 | 一种具有对Pb（Ⅱ）选择性吸附功能的纳米磁性吸附剂的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115532238B (zh) | 2023-10-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108905999B (zh) | 一种新型生物炭复合凝胶及其制备方法和用途 | |
| CN108970580B (zh) | 一种轻稀土磁性复合活化生物炭及其制备方法与应用 | |
| CN111135790B (zh) | 一种除磷复合吸附剂及其制备方法和在污水处理中的应用 | |
| CN109012589B (zh) | 一种选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭及其制备方法和应用方法 | |
| CN109534432B (zh) | 一种去除富营养化水体中磷的生物炭改性材料的制备方法 | |
| CN108315016A (zh) | 一种用于重金属修复的多孔磁性腐植酸/生物炭颗粒及其制备方法 | |
| CN103723824A (zh) | 一种碳铁微电池缓释碳源填料及其制备方法 | |
| CN112707509B (zh) | 利用海洋微藻去除水体重金属的方法 | |
| CN114230021A (zh) | 一种生物复合填料及其制备方法和应用 | |
| CN107893064B (zh) | 生物炭-聚乙烯醇联合固定的微藻小球的制备方法及其应用 | |
| CN104289177A (zh) | 一种重金属废水净化用生物炭的制备方法 | |
| CN110523379A (zh) | 一种多孔炭的低成本制备方法 | |
| CN112410047A (zh) | 一种载铁污泥生物炭及其制备方法和应用 | |
| CN111701568A (zh) | 一种高吸附性能蛋壳秸秆生物炭复合微球除磷吸附剂及其制备方法和应用 | |
| CN110882679A (zh) | 一种处理污水的复合材料及制备方法 | |
| CN109550484A (zh) | 一种入侵植物茎基铬离子吸附剂的制备方法 | |
| CN113083850A (zh) | 防治重金属污染的复合生物炭及其制备方法 | |
| CN112934177A (zh) | 一种硫化锰-磷酸改性生物炭复合材料及其制备方法与应用 | |
| CN110075813A (zh) | 一种抗微生物污染的土壤重金属吸附材料及其制备方法 | |
| CN113198417B (zh) | 一种铁基生物炭海绵复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN106540491A (zh) | 一种用于吸附易溶于水的气体的污水过滤网 | |
| CN115532238B (zh) | 一种农业废水改性生物吸附剂及其制备方法与应用 | |
| CN112774584B (zh) | 一种可漂浮FeS-木质素水凝胶纳米复合材料及其制法与应用 | |
| CN110193343B (zh) | 一种减少养殖场污水贮存氨排放的酸改性膨胀蛭石材料及其制备与应用 | |
| CN111944799A (zh) | 一种包埋脱氮硫杆菌的固定化颗粒的制备方法和应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |