一種核桃殼生物質(zhì)炭吸附劑去除廢水中羅丹明b染料的方法
【專利摘要】一種核桃殼生物質(zhì)炭吸附劑去除廢水中羅丹明B染料的方法,屬于廢水處理【技術(shù)領域】。將得到的核桃殼生物質(zhì)炭吸附劑加入到起始pH為2~11、含200~1000mg/L羅丹明B染料的廢水中,同時加入氯化鈉使其質(zhì)量百分比濃度在2~30%,在25℃~45℃下攪拌或振蕩吸附6~24h后,過濾分離,濾液調(diào)至中性后排放。本發(fā)明操作簡單,成本低廉,無二次污染,具有產(chǎn)業(yè)化前景。
【專利說明】—種核桃殼生物質(zhì)炭吸附劑去除廢水中羅丹明B染料的方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于廢水處理【技術(shù)領域】,具體是涉及一種利用核桃殼生物質(zhì)炭吸附劑去除廢水中羅丹明B染料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]染料廣泛應用于印染、皮革、造紙、化妝品、油漆、橡膠、塑料、殺蟲劑、木材防腐劑等各種工業(yè)。一般來說,含10~200mg/L染料的廢水排放到自然水體會對生物體造成毒害甚至產(chǎn)生“三致”效應(即致癌、致突變、致畸形效應)。因其結(jié)構(gòu)復雜和難降解等特性,染料難以脫色,這使得必須從廢水中去除染料。按照化學結(jié)構(gòu),染料可分為偶氮染料、蒽醌染料、三苯甲烷染料等,其中偶氮染料應用最廣泛,蒽醌染料次之。按應用,常用的染料又可分為酸性染料、堿性染料、活性染料等。[0003]與傳統(tǒng)的印染廢水治理技術(shù)(如離子交換法、膜分離法、化學沉淀法及氧化還原法等)相比,生物吸附法在處理印染廢水方面有著其它方法不可替代的優(yōu)勢,如高效廉價、吸附材料來源廣泛、無二次污染等。活性炭是印染廢水吸附處理中應用最廣泛的常規(guī)吸附劑,但因價格昂貴且難以再生,限制了其進一步的推廣應用。國內(nèi)外眾多學者先后研究了泥炭、膨潤土、飛灰、黏土、硅土等廉價材料的吸附脫色效果,但這些吸附劑總體上吸附容量不大,且需要較大的投加量。因此,非常有必要開發(fā)更為廉價高效的吸附劑。生物質(zhì)炭吸附劑是一種典型的生物吸附劑,是指由富含碳的生物質(zhì)通過裂解或者不完全燃燒生成的一種生物質(zhì)。生物質(zhì)炭具有發(fā)達的孔隙結(jié)構(gòu)、高的比表面積以及豐富的表面官能團等特點,這使生物質(zhì)炭在生物吸附領域有廣泛的應用前景。
[0004]農(nóng)林廢棄物資源豐富,但大多被焚燒、填埋或丟棄,如秸桿等農(nóng)業(yè)廢棄物在田間焚燒,食品加工的副產(chǎn)品如殼、皮等被當作垃圾填埋,林業(yè)產(chǎn)品加工產(chǎn)生的木屑、鋸末等被直接丟棄,不僅污染了環(huán)境,還造成了資源的嚴重浪費。因此,如何處置和利用農(nóng)林廢棄物已成為世界各國關(guān)注的焦點之一。
[0005]核桃是一種木本油料植物,在我國多個地區(qū)均有大面積種植。據(jù)統(tǒng)計,我國核桃年產(chǎn)量2008年為83萬t,2009年為98萬t,2010年為106萬t,核桃產(chǎn)量逐年快速增加。目前我國核桃產(chǎn)量已居世界首位。按照核桃殼的質(zhì)量占核桃總質(zhì)量的30%計算,則2010年核桃殼的產(chǎn)量為31.8萬t。以前核桃作為干果銷售,食用后直接丟棄,其果殼難以回收。目前,食品加工行業(yè)中對核桃進行了深加工,其加工副產(chǎn)品核桃殼雖然可以系統(tǒng)回收,但是多數(shù)仍舊被焚燒或丟棄,造成了資源浪費和環(huán)境污染。核桃殼的主要成分是木素、纖維素和半纖維素,是一種固定碳和揮發(fā)分含量較高而灰分較少的含碳物質(zhì)。如果將廢棄的核桃殼用于制備生物質(zhì)炭,其前景非常廣闊。在本專利中,提供了利用核桃殼制備生物質(zhì)炭吸附劑去除印染廢水中羅丹明B (堿性染料)的有效方法,不僅可以減輕大量焚燒或丟棄核桃殼造成的環(huán)境負荷,還可以變廢為寶,去除廢水中的羅丹明B染料,以廢治廢,實現(xiàn)核桃殼資源的有效利用和水環(huán)境保護。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明的目的是提供一種高效環(huán)保的利用核桃殼生物質(zhì)炭吸附去除廢水中羅丹明B染料的方法。
[0007]—種核桃殼生物質(zhì)炭吸附劑,其制備方法包括以下步驟:
[0008]將核桃殼用自來水清洗,經(jīng)干燥,破碎、篩分至300~600 μ m,用30%~70%的氯化鋅溶液充分浸泡破碎后的核桃殼,再經(jīng)480~640W微波加熱10~20min后,用10%的鹽酸酸洗所得核桃殼生物質(zhì)炭,用蒸餾水清洗至PH呈中性,干燥,即得到核桃殼生物質(zhì)炭吸附劑。[0009]所述的核桃是市售普通核桃(種名為Juglans Regia,核桃殼硬且厚)。
[0010]優(yōu)選破碎后的核桃殼與氯化鋅溶液的浸潰比即核桃殼(g):氯化鋅溶液(g)為1:6 ~1:10。
[0011]上述的核桃殼生物質(zhì)炭吸附劑用于去除廢水中的羅丹明B染料。
[0012]將得到的核桃殼生物質(zhì)炭吸附劑加入到起始pH為2~11、含200~1000mg/L羅丹明B染料的廢水中,同時加入氯化鈉使其質(zhì)量百分比濃度在2~30%,在25°C~45°C下攪拌或振蕩吸附6~24h后,過濾分離,濾液調(diào)至中性后排放。
[0013]上述核桃殼生物質(zhì)炭吸附劑用于去除廢水中的羅丹明B時,核桃殼生物質(zhì)炭吸附劑用量為I~5g/L,廢水溶液的起始pH優(yōu)選為堿性,氯化鈉的質(zhì)量百分比濃度為2~30%時吸附量基本一致,優(yōu)選2%,吸附溫度優(yōu)選25°C,羅丹明B廢水中羅丹明B的濃度優(yōu)選200~1000mg/L。
[0014]本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:
[0015](I)本發(fā)明的核桃殼生物質(zhì)炭吸附劑具有極好的吸附性能,能夠快速地去除水中的羅丹明B染料,以200mg/L羅丹明B為例,利用本發(fā)明的吸附劑可以在30min去除超過96.9%的羅丹明B染料。除此之外,本發(fā)明的核桃殼炭生物質(zhì)炭吸附劑的吸附容量非常大,25°C時羅丹明B最大單分子層吸附量Qtl是357.14mg/g,。
[0016](2)與化學沉淀、膜分離、氧化還原、生物降解等方法相比,本發(fā)明的利用核桃殼生物質(zhì)炭吸附去除廢水中羅丹明B染料的方法,操作簡單,成本低廉,無二次污染,具有產(chǎn)業(yè)化前景。
[0017](3)本發(fā)明制備的核桃殼生物質(zhì)炭吸附劑,不僅減輕了環(huán)境負荷,同時為核桃殼的利用提供了新途徑,實現(xiàn)了資源的有效利用和水環(huán)境保護。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為pH對核桃殼生物質(zhì)炭吸附去除羅丹明B效果的影響。
[0019]圖2為氯化鈉濃度對核桃殼生物質(zhì)炭吸附去除羅丹明B的影響。
[0020]圖3為羅丹明B初始濃度對核桃殼生物質(zhì)炭吸附去除羅丹明B效果的影響。
[0021]圖4為核桃殼生物質(zhì)炭吸附羅丹明B的Langmuir吸附等溫線。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合具體實施例來對本發(fā)明作進一步詳細說明,但本發(fā)明并不限制于實施例。[0023]吸附劑的制備
[0024]取一定質(zhì)量市售普通核桃的殼,用自來水清洗,經(jīng)干燥,破碎、篩分至300~600 μ m,將破碎后的核桃殼與氯化鋅溶液按照核桃殼質(zhì)量(g):氯化鋅溶液質(zhì)量(g)為1:6的比例混合浸潰于錐形瓶中,其中氯化鋅溶液的濃度為30%,再經(jīng)560W微波加熱15min后,用10%的鹽酸酸洗所得核桃殼生物質(zhì)炭,用蒸餾水清洗至pH呈中性,干燥,即得到吸附劑A。
[0025]取一定質(zhì)量市售普通核桃的殼,用自來水清洗,經(jīng)干燥,破碎、篩分至300~600 μ m,將破碎后的核桃殼與氯化鋅溶液按照核桃殼質(zhì)量(g):氯化鋅溶液質(zhì)量(g)為1:7的比例混合浸潰于錐形瓶中,其中氯化鋅溶液的濃度為40%,再經(jīng)520W微波加熱ISmin后,用10%的鹽酸酸洗所得核桃殼生物質(zhì)炭,用蒸餾水清洗至pH呈中性,干燥,即得到吸附劑B。
[0026]取一定質(zhì)量市售普通核桃的殼,用自來水清洗,經(jīng)干燥,破碎、篩分至300~600 μ m,將破碎后的核桃殼與氯化鋅溶液按照核桃殼質(zhì)量(g):氯化鋅溶液質(zhì)量(g)為1:8的比例混合浸潰于錐形瓶中,其中氯化鋅溶液的濃度為50%,再經(jīng)480W微波加熱20min后,用10%的鹽酸酸洗所得核桃殼生物質(zhì)炭,用蒸餾水清洗至pH呈中性,干燥,即得到吸附劑C。
[0027]取一定質(zhì)量市售普通核桃的殼,用自來水清洗,經(jīng)干燥,破碎、篩分至300~600 μ m,將破碎后的核桃殼與氯化鋅溶液按照核桃殼質(zhì)量(g):氯化鋅溶液質(zhì)量(g)為1:9的比例混合浸潰于錐形瓶中,其中氯化鋅溶液的濃度為60%,再經(jīng)600W微波加熱13min后,用10%的鹽酸酸洗所得核桃殼生物質(zhì)炭,用蒸餾水清洗至pH呈中性,干燥,即得到吸附劑D。
[0028]取一定質(zhì)量市售普通核桃的殼,用自來水清洗,經(jīng)干燥,破碎、篩分至300~600 μ m,將破碎后的核桃殼與氯化鋅溶液按照核桃殼質(zhì)量(g):氯化鋅溶液質(zhì)量(g)為1:10的比例混合浸潰于錐形瓶中,其中氯化鋅溶液的濃度為70%,再經(jīng)640W微波加熱IOmin后,用10%的鹽酸酸洗所得核桃殼生物質(zhì)炭,用蒸餾水清洗至pH呈中性,干燥,即得到吸附劑E。
[0029]實施例1`
[0030]取吸附劑B和氯化鈉加入溶液pH值分別為2、4、7、9,650mg/L的羅丹明B溶液中,其中每0.05g吸附劑B對應2.5g氯化鈉、50mL羅丹明B溶液,25°C下攪拌或振蕩6h后,過濾分離,濾液調(diào)至中性后排放。
[0031]不同初始pH對羅丹明B去除效果的影響如圖1所示,隨著pH的升高,吸附劑B對羅丹明B的吸附值隨之升高,說明本發(fā)明的去除羅丹明B的方法適用于堿性廢水的處理,且PH越高處理效果越好。
[0032]實施例2
[0033]取吸附劑C加入pH=4.0、600mg/L羅丹明B溶液中,其中每0.15g吸附劑C對應50mL羅丹明B溶液,同時加入氯化鈉使其百分比質(zhì)量濃度分別為0%、2%、5%、10%、15%、30%,于45 °C下攪拌或振蕩8h后,過濾分離,濾液調(diào)至中性后排放。
[0034]氯化鈉濃度對羅丹明B去除效果的影響如圖2所示。由圖2可以看出,氯化鈉的存在十分有利于羅丹明B的去除。從圖2還可以發(fā)現(xiàn),氯化鈉濃度在2%~30%之間時,吸附劑C對羅丹明B的吸附量基本無差異。
[0035]實施例3
[0036]取吸附劑D和氯化鈉加入pH=7.0,分別含200、400、600、800、1000mg/L羅丹明B的溶液中,其中每0.20g吸附劑D對應2.0g氯化鈉、50mL羅丹明B溶液,于35°C下攪拌或振蕩24h后,過濾分離,濾液調(diào)至中性后排放。[0037]羅丹明B初始濃度對羅丹明B去除效果的影響如圖3所示。在不同濃度下,相當比例的羅丹明B在前30min中得以去除,第240min時大部分羅丹明B已經(jīng)被去除。在濃度梯度的驅(qū)動下,隨著羅丹明B初始濃度由200mg/L增加到1000mg/L,吸附量由96.31mg/g上升到355.51mg/g。這表明本發(fā)明的去除羅丹明B的方法處理含200~1000mg/L羅丹明B的廢水時耗時短,效果好。
[0038]實施例4
[0039]取吸附劑E和氯化鈉分別加入到pH=9.0,羅丹明B濃度分別為200、400、600、800、1000mg/L的羅丹明B溶液中,其中每0.25g吸附劑E對應2.5g氯化鈉、50mL羅丹明B溶液,于251:、351:、451:下攪拌或振蕩24h后,過濾分離,濾液調(diào)至中性后排放。
[0040]吸附結(jié)果用Langmuir吸附等溫線擬合,不同溫度下的吸附等溫線如圖4所示,擬合結(jié)果如表1所示。由圖4和表1可以推斷,Langmuir模型可以很好地描述核桃殼生物質(zhì)炭吸附劑對羅丹明B的等溫吸附試驗數(shù)據(jù)。
[0041]25°C時,用Langmuir等溫線計算得到的核桃殼生物質(zhì)炭吸附劑吸附羅丹明B的最大單分子層吸附量%是357.14mg/g。不同吸附劑對羅丹明B的Qtl比較如表2所示。結(jié)果表明:本發(fā)明的核桃殼生物質(zhì)炭吸附劑對羅丹明B有較大的吸附容量,可以廣泛應用于含羅丹明B廢水的處理。
[0042]表1Langmuir吸附等溫線參數(shù)
[0043]
【權(quán)利要求】
1.核桃殼生物質(zhì)炭吸附劑用于去除廢水中羅丹明B染料。
2.一種核桃殼生物質(zhì)炭吸附劑去除廢水中羅丹明B染料的方法,其特征在于,包括以下步驟: (1)制備核桃殼生物質(zhì)炭吸附劑:將核桃殼用自來水清洗,經(jīng)干燥,破碎、篩分至300~600 μ m,用30%~70%的氯化鋅溶液充分浸泡破碎后的核桃殼,再經(jīng)480~640W微波加熱10~20min后,用10%的鹽酸酸洗所得核桃殼生物質(zhì)炭,用蒸餾水清洗至pH呈中性,干燥,即得到核桃殼生物質(zhì)炭吸附劑; (2)將得到的核桃殼生物質(zhì)炭吸附劑加入到起始pH為2~11、含200~1000mg/L羅丹明B染料的廢水中,同時加入氯化鈉使其質(zhì)量百分比濃度在2~30%,在25°C~45°C下攪拌或振蕩吸附6~24h后,過濾分離,濾液調(diào)至中性后排放。
3.按照權(quán)利要求2的方法,其特征在于,破碎后的核桃殼與氯化鋅溶液的浸潰比即核桃殼(g):氯化鋅溶液(g)為1:6~1:10。
4.按照權(quán)利要求2的方法,其特征在于,核桃殼生物質(zhì)炭吸附劑用量為I~5g/L。
5.按照權(quán)利要求2的方法,其特征在于,廢水溶液的起始pH優(yōu)選為堿性。
6.按照權(quán)利要求2的方`法,其特征在于,氯化鈉的質(zhì)量百分比濃度優(yōu)選2%。
【文檔編號】C02F1/28GK103864168SQ201410093252
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月13日
【發(fā)明者】高景峰, 司春英, 楊辰 申請人:北京工業(yè)大學