CN117160414A - 一种含糖废水的水热炭化处理方法 - Google Patents
一种含糖废水的水热炭化处理方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117160414A CN117160414A CN202311445367.XA CN202311445367A CN117160414A CN 117160414 A CN117160414 A CN 117160414A CN 202311445367 A CN202311445367 A CN 202311445367A CN 117160414 A CN117160414 A CN 117160414A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sugar
- containing wastewater
- carbonization treatment
- mixed solution
- hydrothermal carbonization
- 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.)
- Pending
Links
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 title claims abstract description 83
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 49
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims abstract description 52
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims abstract description 44
- 239000000047 product Substances 0.000 claims abstract description 42
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 33
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 27
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 23
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 claims abstract description 21
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 21
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 16
- ATRRKUHOCOJYRX-UHFFFAOYSA-N Ammonium bicarbonate Chemical compound [NH4+].OC([O-])=O ATRRKUHOCOJYRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 229910000013 Ammonium bicarbonate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 235000012538 ammonium bicarbonate Nutrition 0.000 claims abstract description 15
- 239000001099 ammonium carbonate Substances 0.000 claims abstract description 15
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 15
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 12
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 54
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 26
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 22
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 22
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 22
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 claims description 22
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 21
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 18
- CHQMHPLRPQMAMX-UHFFFAOYSA-L sodium persulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O CHQMHPLRPQMAMX-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 15
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 claims description 14
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 12
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical group Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 11
- 238000001471 micro-filtration Methods 0.000 claims description 11
- JRKICGRDRMAZLK-UHFFFAOYSA-L peroxydisulfate Chemical compound [O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O JRKICGRDRMAZLK-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 8
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims description 7
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims description 5
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 5
- ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N ammonium persulfate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 2
- 150000002505 iron Chemical class 0.000 claims description 2
- USHAGKDGDHPEEY-UHFFFAOYSA-L potassium persulfate Chemical compound [K+].[K+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O USHAGKDGDHPEEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 239000012935 ammoniumperoxodisulfate Substances 0.000 claims 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 abstract description 56
- 239000011148 porous material Substances 0.000 abstract description 33
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 abstract description 21
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 3
- 239000002699 waste material Substances 0.000 abstract description 3
- 229910001429 cobalt ion Inorganic materials 0.000 description 29
- XLJKHNWPARRRJB-UHFFFAOYSA-N cobalt(2+) Chemical compound [Co+2] XLJKHNWPARRRJB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 29
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N Furan Chemical compound C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- 229910001437 manganese ion Inorganic materials 0.000 description 20
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 229920001661 Chitosan Polymers 0.000 description 18
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 18
- 229910021380 Manganese Chloride Inorganic materials 0.000 description 9
- GLFNIEUTAYBVOC-UHFFFAOYSA-L Manganese chloride Chemical compound Cl[Mn]Cl GLFNIEUTAYBVOC-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 9
- GVPFVAHMJGGAJG-UHFFFAOYSA-L cobalt dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Co+2] GVPFVAHMJGGAJG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 9
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 9
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 9
- 239000011565 manganese chloride Substances 0.000 description 9
- 235000002867 manganese chloride Nutrition 0.000 description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 9
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 9
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 9
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 8
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 6
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 6
- VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N Fe3+ Chemical compound [Fe+3] VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 2
- 229910001447 ferric ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001448 ferrous ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 2
- -1 hydroxyl ions Chemical class 0.000 description 2
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 2
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 2
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LCPVQAHEFVXVKT-UHFFFAOYSA-N 2-(2,4-difluorophenoxy)pyridin-3-amine Chemical compound NC1=CC=CN=C1OC1=CC=C(F)C=C1F LCPVQAHEFVXVKT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001870 ammonium persulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000013405 beer Nutrition 0.000 description 1
- 235000013361 beverage Nutrition 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000005189 flocculation Methods 0.000 description 1
- 230000016615 flocculation Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Water Treatment By Sorption (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
Abstract
本发明公开了一种含糖废水的水热炭化处理方法，包括以下步骤:S1、将含糖废水、铁盐、碳酸氢铵、尿素按质量比（5‑15）:（0.5‑1.2）：（1‑2）：（0.5‑1.5）的比例加入到溶剂中，再加入酸搅拌混合后得到混合溶液；进行水热反应；S2、将混合溶液置于反应釜中进行水热反应，并将反应产物进行固液分离，以及将固相产物洗涤过滤；S3、将过滤后的产物在惰性气体下煅烧活化，得到炭材料。所制备得到的介孔‑微孔结构的炭材料，介孔的孔径为30～80nm，微孔的孔径为10～300µm，具有较高的比表面积，活性位点多，因而在催化吸附领域表现出优异的性能。炭材料作为吸附材料，既处理了糖废又有效利用了碳资源，满足了吸附剂的巨大需求。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，特别涉及一种含糖废水的水热炭化处理方法。
背景技术
随着工业发展，环境污染问题日益突出，仅我国每年产生含糖废水近4亿吨，包括制糖废水、啤酒废水、乳液废水和过期饮料等。含糖废水具有高COD（ 化学需氧量，ChemicalOxygen Demand），高色度，组分复杂等特点，处理难度大，处理不当排放会引发黑臭水体产生。
传统含糖废水处理方法主要包括厌氧法、絮凝沉降法、活性污泥法、生物转盘法，其存在基建成本大、水力停留时间长、污泥产量高、维护费用高等缺点。
发明内容
为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种含糖废水的水热炭化处理方法，包括以下步骤:
S1、将含糖废水、铁盐、碳酸氢铵、尿素按质量比（5-15）:（0.5-1.2）：（1-2）：（0.5-1.5）的比例加入到溶剂中，再加入酸搅拌混合后得到混合溶液；进行水热反应；
S2、将混合溶液置于反应釜中进行水热反应，并将反应产物进行固液分离，以及将固相产物洗涤过滤；
S3、将过滤后的产物在惰性气体下煅烧活化，得到炭材料。
进一步的，步骤S1中，所述铁盐为三氯化铁或多羟基铁。
进一步的，所述多羟基铁由以下步骤制备得到：
将碳酸盐、过硫酸盐和铁盐加入到水溶液中，搅拌，老化，得到多羟基铁溶液；
向多羟基铁溶液加入过氧化氢搅拌，得到混合溶液；
向混合溶液逐渐滴加氢氧化钠溶液，边滴加边搅拌，得到沉淀物，过滤，得到所述多羟基铁。
进一步的，碳酸盐、过硫酸盐和铁盐的质量比为（2-3）:（0.8-1.5）：（1-2）。
进一步的，过氧化氢质量体积比为20-25％。
进一步的，过硫酸盐为过二硫酸钠、过二硫酸钾或者过二硫酸铵中的一种或多种。
进一步的，步骤S2中，水热反应的温度为150-220℃，时间为12-24h，溶剂为水或乙醇。
进一步的，步骤S3中，煅烧活化的温度为550-50℃，时间为1-3h。
进一步的，步骤S1还包括：
取制糖工业废水，向制糖工业废水中加入聚合硫酸铝，混合均匀后自然沉降；
沉降结束后，抽取上层上清液，将上层上清液通过过滤膜，再经膜分离装置微滤处理，获得含糖废水。
进一步的，聚合硫酸铝加入量为废水重量的2-3wt%，沉降时间为3～5h。
相对于现有技术，本发明具有以下的有益效果：
水热反应过程中，糖类发生脱水反应，形成呋喃产物，在酸作用下呋喃产物与反应体系中的Fe离子形成配位，并与碳酸氢铵的水解产物以及尿素的水解产物发生反应聚集，而且呋喃产物以氢键与尿素水解产物的羟基作用形成介孔，然后呋喃产物进一步脱水形成炭，最后通过煅烧，碳酸氢铵发生分解反应形成微孔，得到介孔-微孔结构的炭材料。所制备得到的介孔-微孔结构的炭材料，介孔的孔径为30～80nm，微孔的孔径为10～300µm，具有较高的比表面积，活性位点多，因而在催化吸附领域表现出优异的性能。炭材料作为吸附材料，既处理了糖废又有效利用了碳资源，满足了吸附剂巨大需求。
利用碳酸盐、过硫酸盐对铁盐进行改性，得到反应活性较高的多羟基铁溶液 ，再加入过氧化氢将残留亚铁离子氧化成三价铁，再加入氢氧化钠，并通过控制铁离子和氢氧根的摩尔比，得到多羟基铁沉淀物，过滤得到多羟基铁。而且多羟基铁羟基能够促进呋喃产物与反应体系中的Fe离子的配位，并且能够促进呋喃产物以氢键与尿素水解产物的结合，进而增加介孔的生成，进一步提高了炭材料的吸附能力。
具体实施方式
在本发明中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本发明中具体公开。
下面将结合本发明具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供了一种含糖废水的水热炭化处理方法，包括以下步骤:
S1、取制糖工业废水，向制糖工业废水中加入聚合硫酸铝，混合均匀后自然沉降，聚合硫酸铝加入量为废水重量的2wt%，沉降时间为3h；沉降结束后，抽取上层上清液，将上层上清液通过过滤膜，再经膜分离装置微滤处理，获得含糖废水；将含糖废水、三氯化铁、碳酸氢铵、尿素按质量比5:0.5：1：0.5的比例加入到溶剂中，再加入酸搅拌混合后得到混合溶液；进行水热反应；
S2、将混合溶液置于反应釜中进行水热反应，水热反应的温度为150℃，时间为12h，并将反应产物进行固液分离，以及将固相产物洗涤过滤；
S3、将过滤后的产物在惰性气体下煅烧活化，煅烧活化的温度为550℃，时间为1h，得到炭材料。
测试：
采用氮吸附法对炭材料进行孔径测试，介孔的平均孔径为42nm，微孔的孔径为85µm，比表面积265.6m2/g。
称取0.5g所得的炭材料添加到100mL氯化钴和氯化亚锰混合溶液中，钴离子和锰离子初始浓度均为500ppm。每隔30分钟，抽取1mL的混合溶液，利用电耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)对其进行测量。最终测得改性壳聚糖吸附剂在18小时后达到吸附平衡，对钴离子的最大吸附量为75.6mg/g，对锰离子的最大吸附量为27.8mg/g。实验证明，本发明的多孔壳聚糖金属离子吸附剂对钴离子具有较好的选择性吸附性能。
实施例2
本实施例提供了一种含糖废水的水热炭化处理方法，包括以下步骤:
S1、取制糖工业废水，向制糖工业废水中加入聚合硫酸铝，混合均匀后自然沉降，聚合硫酸铝加入量为废水重量的3wt%，沉降时间为5h；沉降结束后，抽取上层上清液，将上层上清液通过过滤膜，再经膜分离装置微滤处理，获得含糖废水；将含糖废水、三氯化铁、碳酸氢铵、尿素按质量比15:1.2：2：1.5的比例加入到溶剂中，再加入酸搅拌混合后得到混合溶液；进行水热反应；
S2、将混合溶液置于反应釜中进行水热反应，水热反应的温度为220℃，时间为24h，并将反应产物进行固液分离，以及将固相产物洗涤过滤；
S3、将过滤后的产物在惰性气体下煅烧活化，煅烧活化的温度为650℃，时间为3h，得到炭材料。
测试：
采用氮吸附法对炭材料进行孔径测试，介孔的平均孔径为56nm，微孔的孔径为105µm，比表面积271.8m2/g。
称取0.5g所得的炭材料添加到100mL氯化钴和氯化亚锰混合溶液中，钴离子和锰离子初始浓度均为500ppm。每隔30分钟，抽取1mL的混合溶液，利用电耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)对其进行测量。最终测得改性壳聚糖吸附剂在17小时后达到吸附平衡，对钴离子的最大吸附量为79.1mg/g，对锰离子的最大吸附量为31.2mg/g。实验证明，本发明的多孔壳聚糖金属离子吸附剂对钴离子具有较好的选择性吸附性能。
实施例3
本实施例提供了一种含糖废水的水热炭化处理方法，包括以下步骤:
S1、取制糖工业废水，向制糖工业废水中加入聚合硫酸铝，混合均匀后自然沉降，聚合硫酸铝加入量为废水重量的2.5wt%，沉降时间为4h；沉降结束后，抽取上层上清液，将上层上清液通过过滤膜，再经膜分离装置微滤处理，获得含糖废水；将含糖废水、三氯化铁、碳酸氢铵、尿素按质量比10:1：1.5：1的比例加入到溶剂中，再加入酸搅拌混合后得到混合溶液；进行水热反应；
S2、将混合溶液置于反应釜中进行水热反应，水热反应的温度为200℃，时间为20h，并将反应产物进行固液分离，以及将固相产物洗涤过滤；
S3、将过滤后的产物在惰性气体下煅烧活化，煅烧活化的温度为620℃，时间为2h，得到炭材料。
测试：
采用氮吸附法对炭材料进行孔径测试，介孔的平均孔径为45nm，微孔的孔径为78µm，比表面积271.8m2/g。
称取0.5g所得的炭材料添加到100mL氯化钴和氯化亚锰混合溶液中，钴离子和锰离子初始浓度均为500ppm。每隔30分钟，抽取1mL的混合溶液，利用电耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)对其进行测量。最终测得改性壳聚糖吸附剂在19小时后达到吸附平衡，对钴离子的最大吸附量为73.6mg/g，对锰离子的最大吸附量为26.9mg/g。实验证明，本发明的多孔壳聚糖金属离子吸附剂对钴离子具有较好的选择性吸附性能。
实施例4
本实施例提供了一种含糖废水的水热炭化处理方法，包括以下步骤:
S1、取制糖工业废水，向制糖工业废水中加入聚合硫酸铝，混合均匀后自然沉降，聚合硫酸铝加入量为废水重量的2.5wt%，沉降时间为4h；沉降结束后，抽取上层上清液，将上层上清液通过过滤膜，再经膜分离装置微滤处理，获得含糖废水；
将碳酸盐、 过二硫酸钠和铁盐加入到水溶液中，搅拌，老化，得到多羟基铁溶液，碳酸盐、过二硫酸钠和铁盐的质量比为2:0.8：1；向多羟基铁溶液加入过氧化氢搅拌，得到混合溶液，过氧化氢质量体积比为20％；向混合溶液逐渐滴加氢氧化钠溶液，边滴加边搅拌，得到沉淀物，过滤，得到多羟基铁；
将含糖废水、三氯化铁、碳酸氢铵、尿素按质量比10:1：1.5：1的比例加入到溶剂中，再加入酸搅拌混合后得到混合溶液；进行水热反应；
S2、将混合溶液置于反应釜中进行水热反应，水热反应的温度为200℃，时间为20h，并将反应产物进行固液分离，以及将固相产物洗涤过滤；
S3、将过滤后的产物在惰性气体下煅烧活化，煅烧活化的温度为620℃，时间为2h，得到炭材料。
测试：
采用氮吸附法对炭材料进行孔径测试，介孔的平均孔径为35nm，微孔的孔径为73µm，比表面积295.3m2/g。
称取0.5g所得的炭材料添加到100mL氯化钴和氯化亚锰混合溶液中，钴离子和锰离子初始浓度均为500ppm。每隔30分钟，抽取1mL的混合溶液，利用电耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)对其进行测量。最终测得改性壳聚糖吸附剂在18小时后达到吸附平衡，对钴离子的最大吸附量为87.9mg/g，对锰离子的最大吸附量为32.4mg/g。实验证明，本发明的多孔壳聚糖金属离子吸附剂对钴离子具有较好的选择性吸附性能。
实施例5
本实施例提供了一种含糖废水的水热炭化处理方法，包括以下步骤:
S1、取制糖工业废水，向制糖工业废水中加入聚合硫酸铝，混合均匀后自然沉降，聚合硫酸铝加入量为废水重量的2.5wt%，沉降时间为4h；沉降结束后，抽取上层上清液，将上层上清液通过过滤膜，再经膜分离装置微滤处理，获得含糖废水；
将碳酸盐、 过二硫酸钠和铁盐加入到水溶液中，搅拌，老化，得到多羟基铁溶液，碳酸盐、过二硫酸钠 和铁盐的质量比为3：1.5：2；向多羟基铁溶液加入过氧化氢搅拌，得到混合溶液，过氧化氢质量体积比为25％；向混合溶液逐渐滴加氢氧化钠溶液，边滴加边搅拌，得到沉淀物，过滤，得到多羟基铁；
将含糖废水、三氯化铁、碳酸氢铵、尿素按质量比10:1：1.5：1的比例加入到溶剂中，再加入酸搅拌混合后得到混合溶液；进行水热反应；
S2、将混合溶液置于反应釜中进行水热反应，水热反应的温度为200℃，时间为20h，并将反应产物进行固液分离，以及将固相产物洗涤过滤；
S3、将过滤后的产物在惰性气体下煅烧活化，煅烧活化的温度为620℃，时间为2h，得到炭材料。
测试：
采用氮吸附法对炭材料进行孔径测试，介孔的平均孔径为37nm，微孔的孔径为78µm，比表面积288.7m2/g。
称取0.5g所得的炭材料添加到100mL氯化钴和氯化亚锰混合溶液中，钴离子和锰离子初始浓度均为500ppm。每隔30分钟，抽取1mL的混合溶液，利用电耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)对其进行测量。最终测得改性壳聚糖吸附剂在17小时后达到吸附平衡，对钴离子的最大吸附量为84.7mg/g，对锰离子的最大吸附量为31.5mg/g。实验证明，本发明的多孔壳聚糖金属离子吸附剂对钴离子具有较好的选择性吸附性能。
实施例6
本实施例提供了一种含糖废水的水热炭化处理方法，包括以下步骤:
S1、取制糖工业废水，向制糖工业废水中加入聚合硫酸铝，混合均匀后自然沉降，聚合硫酸铝加入量为废水重量的2.5wt%，沉降时间为4h；沉降结束后，抽取上层上清液，将上层上清液通过过滤膜，再经膜分离装置微滤处理，获得含糖废水；
将碳酸盐、 过二硫酸钠和铁盐加入到水溶液中，搅拌，老化，得到多羟基铁溶液，碳酸盐、过二硫酸钠 和铁盐的质量比为2.5:1：1.2；向多羟基铁溶液加入过氧化氢搅拌，得到混合溶液，过氧化氢质量体积比为20-25％；向混合溶液逐渐滴加氢氧化钠溶液，边滴加边搅拌，得到沉淀物，过滤，得到多羟基铁；
将含糖废水、三氯化铁、碳酸氢铵、尿素按质量比10:1：1.5：1的比例加入到溶剂中，再加入酸搅拌混合后得到混合溶液；进行水热反应；
S2、将混合溶液置于反应釜中进行水热反应，水热反应的温度为200℃，时间为20h，并将反应产物进行固液分离，以及将固相产物洗涤过滤；
S3、将过滤后的产物在惰性气体下煅烧活化，煅烧活化的温度为620℃，时间为2h，得到炭材料。
测试：
采用氮吸附法对炭材料进行孔径测试，介孔的平均孔径为41nm，微孔的孔径为73µm，比表面积291.6m2/g。
称取0.5g所得的炭材料添加到100mL氯化钴和氯化亚锰混合溶液中，钴离子和锰离子初始浓度均为500ppm。每隔30分钟，抽取1mL的混合溶液，利用电耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)对其进行测量。最终测得改性壳聚糖吸附剂在18小时后达到吸附平衡，对钴离子的最大吸附量为86.1mg/g，对锰离子的最大吸附量为33.7mg/g。实验证明，本发明的多孔壳聚糖金属离子吸附剂对钴离子具有较好的选择性吸附性能。
对比例1
本对比例提供了一种含糖废水的水热炭化处理方法，包括以下步骤:
S1、取制糖工业废水，向制糖工业废水中加入聚合硫酸铝，混合均匀后自然沉降，聚合硫酸铝加入量为废水重量的2wt%，沉降时间为3h；沉降结束后，抽取上层上清液，将上层上清液通过过滤膜，再经膜分离装置微滤处理，获得含糖废水；将含糖废水、三氯化铁、碳酸氢铵、尿素按质量比5:0.3：0.6：0.3的比例加入到溶剂中，再加入酸搅拌混合后得到混合溶液；进行水热反应；
S2、将混合溶液置于反应釜中进行水热反应，水热反应的温度为150℃，时间为12h，并将反应产物进行固液分离，以及将固相产物洗涤过滤；
S3、将过滤后的产物在惰性气体下煅烧活化，煅烧活化的温度为550℃，时间为1h，得到炭材料。
测试：
采用氮吸附法对炭材料进行孔径测试，介孔的平均孔径为62nm，微孔的孔径为93µm，比表面积241.8m2/g。
称取0.5g所得的炭材料添加到100mL氯化钴和氯化亚锰混合溶液中，钴离子和锰离子初始浓度均为500ppm。每隔30分钟，抽取1mL的混合溶液，利用电耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)对其进行测量。最终测得改性壳聚糖吸附剂在17小时后达到吸附平衡，对钴离子的最大吸附量为67.2mg/g，对锰离子的最大吸附量为19.1mg/g。实验证明，本发明的多孔壳聚糖金属离子吸附剂对钴离子具有较好的选择性吸附性能。
对比例2
本对比例提供了一种含糖废水的水热炭化处理方法，包括以下步骤:
S1、取制糖工业废水，向制糖工业废水中加入聚合硫酸铝，混合均匀后自然沉降，聚合硫酸铝加入量为废水重量的2wt%，沉降时间为3h；沉降结束后，抽取上层上清液，将上层上清液通过过滤膜，再经膜分离装置微滤处理，获得含糖废水；将含糖废水、三氯化铁、碳酸氢铵、尿素按质量比5:1.5：2.6：1.8的比例加入到溶剂中，再加入酸搅拌混合后得到混合溶液；进行水热反应；
S2、将混合溶液置于反应釜中进行水热反应，水热反应的温度为150℃，时间为12h，并将反应产物进行固液分离，以及将固相产物洗涤过滤；
S3、将过滤后的产物在惰性气体下煅烧活化，煅烧活化的温度为550℃，时间为1h，得到炭材料。
测试：
采用氮吸附法对炭材料进行孔径测试，介孔的平均孔径为73nm，微孔的孔径为98µm，比表面积232.4m2/g。
称取0.5g所得的炭材料添加到100mL氯化钴和氯化亚锰混合溶液中，钴离子和锰离子初始浓度均为500ppm。每隔30分钟，抽取1mL的混合溶液，利用电耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)对其进行测量。最终测得改性壳聚糖吸附剂在17小时后达到吸附平衡，对钴离子的最大吸附量为65.1mg/g，对锰离子的最大吸附量为20.2mg/g。实验证明，本发明的多孔壳聚糖金属离子吸附剂对钴离子具有较好的选择性吸附性能。
对比例3
本对比例提供了一种含糖废水的水热炭化处理方法，包括以下步骤:
S1、取制糖工业废水，向制糖工业废水中加入聚合硫酸铝，混合均匀后自然沉降，聚合硫酸铝加入量为废水重量的2wt%，沉降时间为3h；沉降结束后，抽取上层上清液，将上层上清液通过过滤膜，再经膜分离装置微滤处理，获得含糖废水；将含糖废水、三氯化铁按质量比5:1.5的比例加入到溶剂中，再加入酸搅拌混合后得到混合溶液；进行水热反应；
S2、将混合溶液置于反应釜中进行水热反应，水热反应的温度为150℃，时间为12h，并将反应产物进行固液分离，以及将固相产物洗涤过滤；
S3、将过滤后的产物在惰性气体下煅烧活化，煅烧活化的温度为550℃，时间为1h，得到炭材料。
测试：
采用氮吸附法对炭材料进行孔径测试，比表面积162.4m2/g。
称取0.5g所得的炭材料添加到100mL氯化钴和氯化亚锰混合溶液中，钴离子和锰离子初始浓度均为500ppm的。每隔30分钟，抽取1mL的混合溶液，利用电耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)对其进行测量。最终测得改性壳聚糖吸附剂在17小时后达到吸附平衡，对钴离子的最大吸附量为61.3mg/g，对锰离子的最大吸附量为16.8mg/g。实验证明，本发明的多孔壳聚糖金属离子吸附剂对钴离子具有较好的选择性吸附性能。
实施例1-6所制备的炭材料， 介孔的平均孔径为35-56nm，微孔的孔径为73-105µm，比表面积265.6-291.6m2/g，对钴离子的最大吸附量为73.6-87.9mg/g，对锰离子的最大吸附量为26.9-33.7mg/g。而对比例所制备的炭材料， 对钴离子的最大吸附量为61.3-67.2mg/g，对锰离子的最大吸附量为16.8-20.2mg/g,其性能明显比本实施例1-6的数据差。
因此，通过与对比例进行对比发现，本发明具有以下的有益效果：
水热反应过程中，糖类发生脱水反应，形成呋喃产物，在酸作用下呋喃产物与反应体系中的Fe离子形成配位，并与碳酸氢铵的水解产物以及尿素的水解产物发生反应聚集，而且呋喃产物以氢键与尿素水解产物的羟基作用形成介孔，然后呋喃产物进一步脱水形成炭，最后通过煅烧，碳酸氢铵发生分解反应形成微孔，得到介孔-微孔结构的炭材料。所制备得到的介孔-微孔结构的炭材料，介孔的孔径为30～80nm，微孔的孔径为10～300µm，具有较高的比表面积，活性位点多，因而在催化吸附领域表现出优异的性能。炭材料作为吸附材料，既处理了糖废又有效利用了碳资源，满足了吸附剂巨大需求。
利用碳酸盐、过硫酸盐对铁盐进行改性，得到反应活性较高的多羟基铁溶液 ，再加入过氧化氢将残留亚铁离子氧化成三价铁，再加入氢氧化钠，并通过控制铁离子和氢氧根的摩尔比，得到多羟基铁沉淀物，过滤得到多羟基铁。而且多羟基铁羟基能够促进呋喃产物与反应体系中的Fe离子的配位，并且能够促进呋喃产物以氢键与尿素水解产物的结合，进而增加介孔的生成，进一步提高了炭材料的吸附能力。
最后应说明的是：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)
1.一种含糖废水的水热炭化处理方法，其特征在于，包括以下步骤:
S1、将含糖废水、铁盐、碳酸氢铵、尿素按质量比（5-15）:（0.5-1.2）：（1-2）：（0.5-1.5）的比例加入到溶剂中，再加入酸搅拌混合后得到混合溶液；进行水热反应；
S2、将混合溶液置于反应釜中进行水热反应，并将反应产物进行固液分离，以及将固相产物洗涤过滤；
S3、将过滤后的产物在惰性气体下煅烧活化，得到炭材料。
2.根据权利要求1所述的含糖废水的水热炭化处理方法，其特征在于，步骤S1中，所述铁盐为三氯化铁或多羟基铁。
3.根据权利要求2所述的含糖废水的水热炭化处理方法，其特征在于，所述多羟基铁由以下步骤制备得到：
将碳酸盐、过硫酸盐和铁盐加入到水溶液中，搅拌，老化，得到多羟基铁溶液；
向多羟基铁溶液加入过氧化氢搅拌，得到混合溶液；
向混合溶液逐渐滴加氢氧化钠溶液，边滴加边搅拌，得到沉淀物，过滤，得到所述多羟基铁。
4.根据权利要求3所述的含糖废水的水热炭化处理方法，其特征在于，碳酸盐、过硫酸盐和铁盐的质量比为（2-3）:（0.8-1.5）：（1-2）。
5.根据权利要求3所述的含糖废水的水热炭化处理方法，其特征在于，过氧化氢质量体积比为20-25％。
6.根据权利要求3所述的含糖废水的水热炭化处理方法，其特征在于，过硫酸盐为过二硫酸钠、过二硫酸钾或者过二硫酸铵中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的含糖废水的水热炭化处理方法，其特征在于，步骤S2中，水热反应的温度为150-220℃，时间为12-24h。
8.根据权利要求1所述的含糖废水的水热炭化处理方法，其特征在于，步骤S3中，煅烧活化的温度为550-50℃，时间为1-h。
9.根据权利要求1所述的含糖废水的水热炭化处理方法，其特征在于，步骤S1还包括：
取制糖工业废水，向制糖工业废水中加入聚合硫酸铝，混合均匀后自然沉降；
沉降结束后，抽取上层上清液，将上层上清液通过过滤膜，再经膜分离装置微滤处理，获得含糖废水。
10.根据权利要求1所述的含糖废水的水热炭化处理方法，其特征在于，聚合硫酸铝加入量为废水重量的2-3wt%，沉降时间为3～5h。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311445367.XA CN117160414A (zh) | 2023-11-02 | 2023-11-02 | 一种含糖废水的水热炭化处理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311445367.XA CN117160414A (zh) | 2023-11-02 | 2023-11-02 | 一种含糖废水的水热炭化处理方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117160414A true CN117160414A (zh) | 2023-12-05 |
Family
ID=88943530
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311445367.XA Pending CN117160414A (zh) | 2023-11-02 | 2023-11-02 | 一种含糖废水的水热炭化处理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117160414A (zh) |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1633334A (zh) * | 2002-02-15 | 2005-06-29 | 亚乐克株式会社 | 吸附剂及其制造方法 |
| CN103435187A (zh) * | 2013-08-26 | 2013-12-11 | 苏州富奇诺水治理设备有限公司 | 一种制糖工业废水的处理方法 |
| CN104703689A (zh) * | 2012-08-17 | 2015-06-10 | 拜欧科利尔列斯塔勒两合公司 | 磁性活性碳以及用于制备并且再生此类材料的方法 |
| CN105396562A (zh) * | 2015-12-18 | 2016-03-16 | 华东理工大学 | 多孔壳聚糖金属离子吸附剂微流控制备方法 |
| CN108726648A (zh) * | 2018-06-15 | 2018-11-02 | 广州大学 | 水体除铊体系及其应用 |
| CN109847695A (zh) * | 2019-01-19 | 2019-06-07 | 桂林理工大学 | 磁性桑树杆生物炭吸附剂的制备方法 |
| CN111554515A (zh) * | 2020-05-11 | 2020-08-18 | 周小飞 | 一种MnO2修饰生物质多孔碳的超级电容器电极材料及其制法 |
| CN114130392A (zh) * | 2021-11-29 | 2022-03-04 | 哈尔滨工业大学 | 一种铁-碳基材料的制备方法及其产品和应用 |
| CN114426275A (zh) * | 2022-02-24 | 2022-05-03 | 华中科技大学 | 一种利用中药渣制备超级活性炭的方法及其产品和应用 |
| CN114939394A (zh) * | 2022-03-29 | 2022-08-26 | 南京师范大学 | 一种铁改性水热炭的制备方法及其在降解ddt中的应用 |
-
2023
- 2023-11-02 CN CN202311445367.XA patent/CN117160414A/zh active Pending
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1633334A (zh) * | 2002-02-15 | 2005-06-29 | 亚乐克株式会社 | 吸附剂及其制造方法 |
| CN104703689A (zh) * | 2012-08-17 | 2015-06-10 | 拜欧科利尔列斯塔勒两合公司 | 磁性活性碳以及用于制备并且再生此类材料的方法 |
| US20150217222A1 (en) * | 2012-08-17 | 2015-08-06 | Su Holding Ab | Magnetic activated carbon and methods for preparing and regenerating such materials |
| CN103435187A (zh) * | 2013-08-26 | 2013-12-11 | 苏州富奇诺水治理设备有限公司 | 一种制糖工业废水的处理方法 |
| CN105396562A (zh) * | 2015-12-18 | 2016-03-16 | 华东理工大学 | 多孔壳聚糖金属离子吸附剂微流控制备方法 |
| CN108726648A (zh) * | 2018-06-15 | 2018-11-02 | 广州大学 | 水体除铊体系及其应用 |
| CN109847695A (zh) * | 2019-01-19 | 2019-06-07 | 桂林理工大学 | 磁性桑树杆生物炭吸附剂的制备方法 |
| CN111554515A (zh) * | 2020-05-11 | 2020-08-18 | 周小飞 | 一种MnO2修饰生物质多孔碳的超级电容器电极材料及其制法 |
| CN114130392A (zh) * | 2021-11-29 | 2022-03-04 | 哈尔滨工业大学 | 一种铁-碳基材料的制备方法及其产品和应用 |
| CN114426275A (zh) * | 2022-02-24 | 2022-05-03 | 华中科技大学 | 一种利用中药渣制备超级活性炭的方法及其产品和应用 |
| CN114939394A (zh) * | 2022-03-29 | 2022-08-26 | 南京师范大学 | 一种铁改性水热炭的制备方法及其在降解ddt中的应用 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| NAHUI ZHANG，等: "A magnetic amino enriched hydrothermal carbon production with molasses as carbon source", 《JOURNAL OF ENVIRONMENTAL CHEMICAL ENGINEERING》, pages 107073 * |
| YUNJIE LIU，等: "Preparing a magnetic activated carbon with expired beverage as carbon source and KOH as activator", 《JOURNAL OF THE TAIWAN INSTITUTE OF CHEMICAL ENGINEERS》, pages 575 * |
| 姜雪磊: "糖废制备改性水热炭吸附材料及其对水体中污染物吸附性能的研究", 《中国优秀硕士期刊全文数据库 工程科技Ⅰ辑》, pages 26 * |
| 孟露，等: "水热制备葡萄糖炭-涤纶复合纤维及其吸附性能研究", 《材料导报：研究篇》, pages 882 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108905954B (zh) | 一种二氧化锰改性海泡石吸附剂的制备方法及应用 | |
| CN1807263A (zh) | 用脱硅泥饼生产氧化铁黑的方法 | |
| CN112850867B (zh) | 一种深度除氟药剂及其制备方法 | |
| CN114749148B (zh) | 一种复合改性香蕉皮生物炭及其制备方法和应用 | |
| CN107970890B (zh) | 一种羟基铁改性活性炭复合材料及其制备方法 | |
| CN114380869A (zh) | 一种金属-有机骨架材料及其制备方法和应用 | |
| CN108314167B (zh) | 一种除废酸复合碱及其制备方法 | |
| CN113828285A (zh) | 一种低浓度含氟废水深度处理的滤料及其制备方法 | |
| CN110624517B (zh) | 纳米中空聚苯胺及其制备方法和用途 | |
| CN117160414A (zh) | 一种含糖废水的水热炭化处理方法 | |
| CN108325496B (zh) | 一种研磨辅助自渗透合成高效催化降解亚甲基蓝金属介孔氧化硅的方法 | |
| GB2622157A (en) | Wastewater adsorbent, and preparation method therefor and use thereof | |
| CN101481161B (zh) | 用含稀土污泥和含铁尘泥生产聚硅硫酸稀土铝铁的方法 | |
| CN114735769A (zh) | 一种纺织废水处理剂及其制备方法 | |
| CN114367267A (zh) | 一种介孔复合材料及其制备方法与应用 | |
| CN113117749A (zh) | 一种催化去除煤化工高含盐废水中cod复合催化膜的制备方法及其应用 | |
| US3944687A (en) | Method of preparing purifying agents consisting of activated siliceous porous mineral substances | |
| CN112320880A (zh) | 一种天然沸石在处理油墨废水中的应用 | |
| CN101481098A (zh) | 一种活性染料生产中磺化废酸的处理方法 | |
| CN117160415A (zh) | 一种含糖废水的水热赋磁处理方法 | |
| CN115007120B (zh) | 一种选择性吸附锰的介孔复合材料及其制备方法与应用 | |
| CN112939176B (zh) | 一种洗煤废水处理剂、其制备方法和应用 | |
| CN115651104B (zh) | 一种重金属稳定剂及其制备方法和应用 | |
| CN116253421B (zh) | 一种水处理用双氧水去除剂、制备方法和应用 | |
| CN110950390B (zh) | 一种蒽醌废硫酸氧化处理生产聚合硫酸铁的方法 |
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 |