一種基于生物質(zhì)材料的重金屬吸附劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種基于生物質(zhì)材料的重金屬吸附劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]環(huán)境污染對(duì)人們的健康構(gòu)成巨大威脅，特別是水體中的重金屬污染，常常造成災(zāi)難性的后果。如六價(jià)鉻(Cr(VI))，可抑制細(xì)胞內(nèi)谷光甘肽還原酶，已被證明具有致癌性，所以對(duì)重金屬污染水源的治理成為當(dāng)前迫在眉睫的問題，開發(fā)經(jīng)濟(jì)、有效的重金屬治理方法也成為環(huán)保領(lǐng)域的一項(xiàng)重要內(nèi)容。
[0003]現(xiàn)有較為成熟的重金屬污染處理技術(shù)可分為化學(xué)法和物理法。化學(xué)法普遍存在二次污染，有的還存在能耗高、造渣量大的問題，特別是對(duì)低濃度重金屬廢水處理效果不佳。物理法雖二次污染小、造渣量少，但處理成本相對(duì)較高，設(shè)備投入大。
[0004]而生物質(zhì)吸附材料是近年來國內(nèi)外發(fā)展起來的一種新型重金屬廢水處理材料，具有在低濃度下金屬離子可以被選擇性吸附、處理效率高、PH值和溫度條件范圍寬、能耗低、來源廣、成本低以及可有效地回收一些貴重金屬等優(yōu)點(diǎn)。一些廢棄的生物質(zhì)材料，如玉米芯、稻殼、花生殼、麥殼、甘蔗渣、果殼/皮等，可直接用作重金屬離子的吸附劑，不但成本低廉，而且減少了廢棄物可能造成的污染，如謝紅梅等比較了幾種生物質(zhì)材料對(duì)Cr6+的吸附效果，吸附能力依次為花生殼、玉米芯、麥殼、玉米桿[謝紅梅，賀毅，許尊煉等.農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物對(duì)廢水中Cr6+吸附效果的研宄[J].云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版.2010, 25(2):178-182.]。張慶芳等以花生殼吸附Cr6+，認(rèn)為pH是影響吸附的最主要因素，而吸附劑用量、吸附溫度、吸附時(shí)間的影響相對(duì)較小。[張慶芳，楊國棟，孔秀琴等.改性花生殼吸附水中Cr6+的研宄[J].化學(xué)與生物工程:2008]。呂慧峰等研宄了酸性甲醛改性花生殼對(duì)重金屬離子的吸附性能，發(fā)現(xiàn)改性使少量含有芳香環(huán)、羥基、羧基、C-O和C-O-C鍵的混合物被脫除，導(dǎo)致對(duì)Pb2+的吸附量明顯降低，而對(duì)Cr'Cu2+的影響相對(duì)較小[呂慧峰，翟建平，李琴等.酸性甲醛改性對(duì)花生殼吸附重金屬離子的影響[J].環(huán)境污染與防治，2007，29 (11):837-840.]ο
[0005]早期開發(fā)的生物質(zhì)材料對(duì)重金屬離子均表現(xiàn)出一定的吸附能力，但也普遍存在一些問題，如為了改性處理都要將生物質(zhì)材料打碎成細(xì)粉狀，不但改性過程較為復(fù)雜，有些改性劑還可能造成二次污染，而且粉料吸附劑也給使用帶來很大的不便。最近申請(qǐng)公開的專利(公開號(hào)CN 104138748 A) “一種大幅提高廢棄生物質(zhì)吸附重金屬的復(fù)合生物吸附劑及其制備方法”提出了一種將納米水合氧化鐵負(fù)載于農(nóng)作物或木材廢棄物制成的顆粒表面從而得到生物吸附劑的方法，所用生物質(zhì)顆粒粒徑為0.1-1.0_，可將常見重金屬Pb2+、Cd2+、Cu2+等濃度降低到安全控制標(biāo)準(zhǔn)以下。盡管改用粒狀原料大大提高了實(shí)用價(jià)值，但其處理過程仍較繁瑣，而且該方法對(duì)水污染中較為常見且危害嚴(yán)重的Cr6+吸附能力未提及，應(yīng)用受到限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種基于生物質(zhì)材料的重金屬吸附劑及其制備方法，以表面具有溝槽結(jié)構(gòu)的藺草為基材，通過殼聚糖做粘結(jié)劑將活性炭微粒負(fù)載到藺草表面制成得到。
[0007]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種基于生物質(zhì)材料的重金屬吸附劑，包括基材、粘結(jié)劑、活性炭微粒，所述基材為表面具有溝槽結(jié)構(gòu)的藺草，所述粘結(jié)劑為殼聚糖，且所述藺草的表面負(fù)載有所述活性炭微粒，所述活性炭微粒負(fù)載到所述藺草表面上所制成的一種基于生物質(zhì)材料的重金屬吸附劑大幅度提升了其對(duì)重金屬的吸附能力，在Ph值I至6的范圍內(nèi)對(duì)濃度10ppm的六價(jià)絡(luò)，當(dāng)重金屬吸附劑用量達(dá)到10g/L以上時(shí)，可實(shí)現(xiàn)99%以上的吸附率，而且使用后的金屬吸附劑經(jīng)過2%的NaOH溶液再生，對(duì)Cr6+仍然具有良好的吸附能力。
[0008]作為優(yōu)選，所述表面具有溝槽結(jié)構(gòu)的藺草選自野生藺草或藺草加工業(yè)中廢棄的藺草，本發(fā)明所采用的基材使得成本大大降低，選用的藺草本身便具有較高的強(qiáng)度，十分易于制成顆粒狀的原料，使用很方便，而且不會(huì)造成二次污染，具有環(huán)境友好的特性。
[0009]一種基于生物質(zhì)材料的重金屬吸附劑制備方法，其特征在于步驟如下:
步驟1、將烘干后的藺草截?cái)啵玫介L(zhǎng)度的藺草顆粒作為基材；
步驟2、配制濃度為10g/L-20g/L的殼聚糖溶液，將1g -30g的活性炭粉加入其中，攪拌混合分散均勻，得到活性炭粉分散液；
步驟3、在所述活性炭粉分散液中放入藺草顆粒，使其浸沒，然后加熱并攪拌，讓活性炭粉分散液中的活性炭微粒沉積到藺草顆粒的表面，接著過濾分離得到負(fù)載了活性炭的藺草顆粒，再經(jīng)過烘焙得到所述的一種基于生物質(zhì)材料的重金屬吸附劑。
[0010]所述制備方法所用的材料都具有環(huán)境友好特性，而且操作過程簡(jiǎn)便，價(jià)格低廉，可反復(fù)多次使用。
[0011]作為優(yōu)選，所述步驟I中的藺草在使用前經(jīng)過120°C烘干4h_8h后備用，將藺草經(jīng)過處理烘干，使得更容易被制成顆粒狀。
[0012]作為優(yōu)選，所述步驟3中過濾分離后得到的負(fù)載了活性炭的藺草顆粒需在120°C _140°C中烘焙I小時(shí)，這樣使得殼聚糖固化，可以增強(qiáng)活性炭顆粒的附著牢度。
[0013]作為優(yōu)選，所述步驟3中在所述活性炭粉分散液中放入藺草顆粒使其浸沒后需加熱至60°C -80°C，并且攪拌30分鐘，使得活性炭粉更充分的沉積到藺草顆粒的表面，使其負(fù)載量更大。
[0014]作為優(yōu)選，所述步驟2中使用的殼聚糖溶液中地殼聚糖分子量在50kDa至200kDa ；配制所述殼聚糖溶液采用的溶劑為檸檬酸，所述檸檬酸的濃度為40g/L-60g/L，所述的殼聚糖優(yōu)選具有較大分子量的殼聚糖，采用所述檸檬酸做容器配制成的殼聚糖溶液，可以使得殼聚糖完全溶解，使得粘附效果更好。
[0015]作為優(yōu)選，所述步驟2中加入殼聚糖溶液中的活性炭粉為粒度小于等于20微米的粉狀活性炭，所述粉狀活性炭在使用前要經(jīng)過100°c -120°c干燥I小時(shí)，這樣的活性碳粉可以大大增加負(fù)載到藺草表面的活性碳粉負(fù)載量，而且負(fù)載牢度更高。
[0016]本發(fā)明的有益之處為:1)本發(fā)明所用的基材價(jià)格低廉，使得成本大大降低，選用的藺草本身就具有較高的強(qiáng)度，容易制成顆粒狀，且所采用的所有原料都具有環(huán)境友好特性，不會(huì)造成二次污染，而且操作過程簡(jiǎn)便，殼聚糖-活性炭處理液可以多次使用；2)采用藺草作為基材，其表面具有溝槽結(jié)構(gòu)，使得活性炭的負(fù)載能力和負(fù)載牢度大大提升，而且用殼聚糖做粘結(jié)劑，不但增加了活性碳粉的負(fù)載量，還讓其負(fù)載的牢度更高，且便于再生和重復(fù)使用。3)基于生物質(zhì)的重金屬吸附劑大幅度提高了其對(duì)重金屬的吸附能力，在ph值I至6的范圍內(nèi)對(duì)濃度10ppm的六價(jià)絡(luò)，當(dāng)重金屬吸附劑用量達(dá)到10g/L以上時(shí)，可實(shí)現(xiàn)99%以上的吸附率，此效果十分顯著，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過單純使用藺草或化學(xué)改性藺草，同時(shí)又比使用活性炭粉更好，而且使用后的吸附劑經(jīng)過2%的NaOH溶液再生后，對(duì)Cr6+仍然具有良好的吸附能力。
【附圖說明】
[0017]圖1為原始藺草顆粒表面溝槽。
[0018]圖2位負(fù)載活性炭后的藺草顆粒表面微觀形貌。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0020]實(shí)施例1:
取藺草加工業(yè)中廢棄的藺草500g，首先經(jīng)過120°C烘干4h，再將烘干后的藺草截?cái)喑砷L(zhǎng)度的顆粒，作為基材。
[0021]配制殼聚糖溶液，首先在100ml去離子水中溶解40g檸檬酸，待溶解完全后，加入分子量ISOkDa的殼聚糖粉末10g，攪拌溶解。
[0022]在配制完成后的殼聚糖溶液中加入20g小于等于20微米，在120°C中干燥過I小時(shí)的活性炭粉，攪拌分散均勻，得到活性炭粉分散液，將10g的藺草顆粒浸沒在所述的活性炭分散液中，加熱至75°C，并