CN115608331B - 一种用于循环吸附重金属的汉麻材料制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种用于循环吸附重金属的汉麻材料制备方法。本发明将汉麻秸秆裁剪、清洗、烘干后，利用NaOH和Na2SO3混合溶液处理去除汉麻秸秆中的半纤维素和木质素，制备具有大量孔洞的汉麻秸秆；通过冷冻干燥制备可吸附重金属的汉麻秸秆；吸附重金属离子后利用稀HCl清洗实现汉麻秸秆的循环利用。本发明操作简便、原料易得且对环境污染小，改性后的汉麻秸秆的吸附能力增强并且易于实现循环利用，为汉麻秸秆高效利用和解决水体污染问题提供了一种新途径，是一种绿色环保的材料，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及农业废弃物利用和水体重金属污染物去除，具体涉及一种用于循环吸附重金属的汉麻材料制备方法。
背景技术
近年来，随着工业化的发展，水体污染问题日益加剧。冶金、纺织、电镀等行业排放的污水中均含有重金属离子，这些重金属离子会引起各种身体疾病、危害人类身体健康，如破坏人类神经组织、危害身体器官、抑制反应酶活动等。
重金属处理方法主要有三种：第一种化学法，通过化学反应将重金属离子去除的方法，包括化学沉淀法、化学还原法和电化学等；第二种物理法，在不改变重金属离子化学形态的条件下，通过吸附等进行分离的方法，包括吸附法、溶剂萃取法、离子交换法和膜分离法等。第三类是生物法，借助微生物或植物的絮凝、吸收、和富集等去除重金属，包括生物絮凝、植物修复和生物吸附。其中吸附法操作方便、来源广泛并且效率较高而受到广泛关注。吸附法常用的吸附剂为活性炭，但活性炭材料制备成本高且循环效率低。
汉麻即工业大麻，其四氢大麻酚含量低于0.3％，不具备制毒条件。随着相关的法律法规的出台，汉麻逐渐在中国发展起来，最早主要应用于军用装备，如今已逐步由“军”转“民”。汉麻的花、根、茎、叶、韧皮和秸秆可广泛应用于医疗、建筑、纺织等领域。而汉麻秸秆经常作为农业废弃物或汉麻纤维副产品被焚烧处理，严重污染环境。随着能源枯竭和环境污染等问题的日益加剧，汉麻秸秆的应用成为研究热点。汉麻秸秆为多孔结构并且含有大量的羟基和羧基，可以吸附重金属离子，但汉麻秸秆自身的吸附能力较弱，需要通过改性将其制备成高吸附性的吸附剂。
发明内容
为了解决汉麻秸秆吸附重金属能力较弱的问题，本发明以汉麻秸秆为原料，通过碱处理、冷冻处理和酸脱附制备了循环吸附重金属的汉麻材料，为汉麻秸秆高效利用和解决水体污染问题提供新思路。
本发明中提供了一种用于循环吸附重金属的汉麻材料制备方法。该方法通过简单的碱处理、冷冻处理和酸脱附进行重金属离子的循环吸附，操作简便、原料易得且对环境污染较小。得到的汉麻秸秆吸附能力强，并且可以实现循环利用，具有广阔的应用前景。
本发明的具体制备步骤如下：
(1)将汉麻秸秆裁剪成等长，用去离子水清洗去除杂质，在烘箱50-80℃条件下烘干；
(2)将步骤(1)处理的汉麻秸秆加入到NaOH和Na2SO3的混合溶液中，在温度为70-90℃的条件下处理1-3个小时，用去离子水清洗去除表面的化学残留；所述NaOH和Na2SO3的混合溶液中，NaOH浓度为1.5M和Na2SO3浓度为0.3M；
(3)将步骤(2)得到的汉麻秸秆在-70℃～-80℃的条件下预冷冻5h，在-80℃条件下冷冻干燥1天，得到用于循环吸附重金属的汉麻材料；所述的重金属指重金属的阳离子，包括：Cu2+、Pb2+和Cr6+。
步骤(1)所述的汉麻秸秆为去除汉麻韧皮部分的汉麻秸秆。
步骤(2)所述的汉麻秸秆和混合溶液的质量比优选为1:(10～15)。
进一步的，步骤(3)所述的冷冻干燥后得到的汉麻秸秆在大气环境中放置10-15h，使用于循环吸附重金属的汉麻材料具有弯曲性能。
本发明中用于循环吸附重金属的汉麻材料在循环吸附重金属时的使用方法为：
(1)将所述用于循环吸附重金属的汉麻材料加入到含有重金属离子的水体中吸附重金属，得到吸附了重金属的汉麻材料；
(2)将所述吸附了重金属的汉麻材料用稀HCl浸泡，然后用去离子水清洗、冷冻干燥后，重新得到用于循环吸附重金属的汉麻材料，完成吸附脱附循环。
步骤(2)中所述的稀HCl的浓度为1-3mol/L，汉麻秸秆与稀HCl的质量比为1:(5-10)。
本发明的有益效果如下：
本发明使用的汉麻秸秆为农业废弃物，原材料来源广泛、价格便宜，可实现农作物废弃物资源化利用。
本发明对汉麻秸秆的处理过程包括碱处理和冷冻干燥，操作简便、易于处理。
本发明将汉麻秸秆经过冷冻干燥和室温吸水后，具有一定的可弯曲性，可以减少材料损坏，有利于材料运输和回收利用。
本发明利用稀HCl进行脱附，可以实现汉麻秸秆循环利用，操作方法简单易行、节约成本。
本发明得到的改性汉麻秸秆对重金属离子具有良好的吸附能力、效率高且成本低，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为原汉麻秸秆与采用实施例1方法改性的汉麻秸秆吸附效果对比。
图2为原汉麻秸秆与采用实施例2方法改性的汉麻秸秆吸附效果对比。
具体实施方法
本发明提供了一种用于循环吸附重金属的汉麻材料制备方法，以下实施例仅用于解释和说明本发明的技术方案，本发明不局限于以下实施例，结合不同的汉麻材料制备方法可实施多种不同的实施方式。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
实施例1
(1)将汉麻秸秆裁成长约2cm，用去离子水清洗去除杂质，在烘箱55℃条件下烘干；
(2)将步骤(1)的汉麻秸秆加入到NaOH和Na2SO3的混合溶液中，在温度为75℃的条件下处理1个小时，用去离子水清洗去除表面的化学残留；所述NaOH和Na2SO3的混合溶液中，NaOH浓度为1.5M和Na2SO3浓度为0.3M；NaOH和Na2SO3混合溶液处理能够去除部分半纤维素和木质素，使处理后的汉麻秸秆中存在有大量孔洞。
(3)将步骤(2)得到的汉麻秸秆在-78℃的条件下预冷冻5h，在-78℃条件下冷冻干燥1天，得到可吸附汉麻材料；所述的冷冻干燥过程可以减少汉麻秸秆结构损坏，其外观看起来与原始汉麻秸秆一样。
步骤(3)所述的冷冻干燥后得到的汉麻秸秆在大气环境中放置10-15h，使用于循环吸附重金属的汉麻材料具有弯曲性能。
吸附脱附循环试验：
吸附：取0.5g汉麻材料加入到50ml 0.7mg/L的六价铬溶液中，在35℃条件下磁力搅拌1h，过滤；取5ml滤液利用重金属检测仪测定吸附后滤液浓度。
循环：取0.5g汉麻材料加入到50ml 0.7mg/L的六价铬溶液中，在35℃条件下磁力搅拌1h，过滤；取5ml滤液利用重金属检测仪测定吸附后滤液浓度；用2mol/L稀HCl清洗、冷冻干燥后再次得到可吸附汉麻材料，将其在加入到50ml 0.7mg/L的六价铬溶液中，反复多次测定其循环次数。
从实验结果来看(如图1)，0.5g原汉麻秸秆的吸附率为15.57％；0.5g改性汉麻材料的吸附率可高达99.05％，循环次数为5-10次。
实施例2
(1)将汉麻秸秆裁成长约2cm，用去离子水清洗去除杂质，在烘箱55℃条件下烘干；
(2)将步骤(1)的汉麻秸秆加入到NaOH和Na2SO3的混合溶液中，在温度为75℃的条件下处理1个小时，用去离子水清洗去除表面的化学残留；所述NaOH和Na2SO3的混合溶液中，NaOH浓度为1.5M和Na2SO3浓度为0.3M；
(3)将步骤(2)得到的汉麻秸秆在-78℃的条件下预冷冻5h，在-78℃条件下冷冻干燥1天，得到可吸附汉麻材料。
吸附脱附循环试验：
吸附：取0.5g汉麻材料加入到50ml 0.7mg/L的Cu2+溶液中，在35℃条件下磁力搅拌1h，过滤；取8ml滤液利用重金属检测仪测定吸附后滤液浓度。
循环：取0.5g汉麻材料加入到50ml 0.7mg/L的Cu2+溶液中，在35℃条件下磁力搅拌1h，过滤；取8ml滤液利用重金属检测仪测定吸附后滤液浓度；用2mol/L稀HCl清洗、冷冻干燥后再次得到可吸附汉麻材料，再次加入到50ml 0.7mg/L的Cu2+溶液中，反复多次测定其循环次数。
从实验结果来看(如图2)，0.5g原汉麻秸秆的吸附率为6.35％；0.5g改性汉麻材料的吸附率也可达到60.58％，循环次数为3-6次。
Claims (7)
1.一种用于循环吸附重金属的汉麻材料制备方法，其特征在于，该方法的步骤如下：
(1)将汉麻秸秆裁剪成等长，用去离子水清洗去除杂质，在烘箱50-80℃条件下烘干；
(2)将步骤(1)处理的汉麻秸秆加入到NaOH和Na2SO3的混合溶液中，在温度为70-90℃的条件下处理1-3个小时，用去离子水清洗去除表面的化学残留；所述NaOH和Na2SO3的混合溶液中，NaOH浓度为1.5M，Na2SO3浓度为0.3M；
(3)将步骤(2)得到的汉麻秸秆在-70℃～-80℃的条件下预冷冻5h，在-80℃条件下冷冻干燥1天，得到用于循环吸附重金属的汉麻材料；所述的重金属指重金属的阳离子，包括：Cu2+、Pb2+和Cr6+。
2.根据权利要求1所述的用于循环吸附重金属的汉麻材料制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的汉麻秸秆为去除汉麻韧皮部分的汉麻秸秆。
3.根据权利要求1所述的用于循环吸附重金属的汉麻材料制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的汉麻秸秆和混合溶液的质量比为1:(10～15)。
4.根据权利要求1所述的用于循环吸附重金属的汉麻材料制备方法，其特征在于，步骤(3)所述的冷冻干燥后得到的汉麻秸秆在大气环境中放置10-15h，使用于循环吸附重金属的汉麻材料具有弯曲性能。
5.根据权利要求1～4任意一项所述制备方法制备得到的用于循环吸附重金属的汉麻材料。
6.根据权利要求5所述的用于循环吸附重金属的汉麻材料在循环吸附重金属时的使用方法，其特征在于，该方法如下：
(1)将所述用于循环吸附重金属的汉麻材料加入到含有重金属离子的水体中吸附重金属，得到吸附了重金属的汉麻材料；
(2)将所述吸附了重金属的汉麻材料用稀HCl浸泡，然后用去离子水清洗、冷冻干燥后，重新得到用于循环吸附重金属的汉麻材料，完成吸附脱附循环。
7.根据权利要求6所述的使用方法，其特征在于，步骤(2)中所述的稀HCl的浓度为1-3mol/L，汉麻秸秆与稀HCl的质量比为1:(5-10)。
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-
2022
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