專利名稱：一種改性纖維素類吸附劑及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水處理領(lǐng)域，具體涉及一種可以有效吸附Cu2+及二次利用除磷的環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、無(wú)毒、可生物降解的改性秸桿吸附劑，同時(shí)還涉及該吸附劑的制備方法。
背景技術(shù)：
銅是人類發(fā)現(xiàn)最早的金屬之一，在人類的發(fā)展過(guò)程中已經(jīng)將銅充分運(yùn)用到生產(chǎn)生活中。而電鍍、冶煉和礦山開(kāi)采則會(huì)直接產(chǎn)生大量的銅離子。各種含銅廢水很易進(jìn)入自然水體，危害人類健康及生態(tài)壞境，成為一種常見(jiàn)的環(huán)境污染物。水體富營(yíng)養(yǎng)化是指在人類活動(dòng)的影響下，生物所需的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)大量進(jìn)入 湖泊、河口、海灣等緩流水體，引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖，水體溶解氧量下降，水質(zhì)惡化，魚(yú)類及其他生物大量死亡的現(xiàn)象。富營(yíng)養(yǎng)化的防治是水污染處理中最為復(fù)雜和困難的問(wèn)題近年來(lái)在環(huán)境治理方面，纖維素類吸附法作為一種新興的水處理方法得到廣泛推廣。纖維素類吸附法是利用纖維素本身具有的官能團(tuán)對(duì)水中污染物進(jìn)行吸附。與天然纖維素相比經(jīng)改性處理的纖維素吸附劑對(duì)水中污染物具有更好處理能力，而且吸附性能比較穩(wěn)定。目前，改性纖維素類吸附劑主要用于去除水體中的重金屬離子以及印染廢液中的直接染料、酸性染料等陰離子型染料等，并均取得很好地處理效果。對(duì)于使用后的吸附劑一般有兩種方法處理一是對(duì)吸附劑脫附再生利用，再生后的吸附劑結(jié)構(gòu)可能會(huì)發(fā)生變化，造成吸附容量降低；二是將改性類纖維素吸附劑堆埋還田，這可能會(huì)將改性過(guò)程使用的有機(jī)藥劑或者吸附的污染物重新帶入到農(nóng)田當(dāng)中，造成二次污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種改性纖維素類吸附劑的制備方法，采用物理化學(xué)方法結(jié)合的生產(chǎn)工藝，加工工藝簡(jiǎn)單、節(jié)約成本，且制造過(guò)程不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。本發(fā)明的另一目的是提供上述方法制備的改性纖維素類吸附劑，同時(shí)提供該吸附劑的用途，即將改性纖維素類吸附劑首先用于吸附水體中的Cu2+，而后將廢棄的改性吸附劑回收，再次吸附磷酸根離子，達(dá)到一種吸附劑二次利用的目的。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種改性纖維素類吸附劑的制備方法，包括如下步驟(I)前處理將纖維素原料進(jìn)行洗凈、風(fēng)干、切片、粉碎處理(制成粒徑Imm以下的纖維素粉末);(2)預(yù)處理對(duì)纖維素粉末進(jìn)行堿液-超聲波處理；(3)反應(yīng)加入環(huán)氧氯丙烷，在溫度100-110°C，攪拌速度150-200r/min的條件下反應(yīng)lh，然后再加入丙烯酸在上述反應(yīng)條件下繼續(xù)反應(yīng)2-3h ;其中每Ig纖維素粉末加5-6ml環(huán)氧氯丙燒，丙烯酸2. 5-3ml ；
(4)成品將反應(yīng)后的料液冷卻，然后用水清洗至溶液呈中性，過(guò)濾，烘干，即得目標(biāo)吸附劑。優(yōu)選地，所述堿液-超聲波處理的步驟如下將質(zhì)量分?jǐn)?shù)20_30%Na0H溶液噴灑在纖維素粉末上，攪拌溶解，然后攪拌水解30-40min,用超聲波處理10-20min,再攪拌水解30-40min。NaOH溶液質(zhì)量濃度為25%，攪拌水解時(shí)間為35min，超聲波處理時(shí)間為15min時(shí)改性效果最好。優(yōu)選地,所述每Ig纖維素粉末所需NaOH溶液20ml。優(yōu)選地，所述攪拌速度為150_200r/min。優(yōu)選地，所述超聲波功率為800-1000W。
優(yōu)選地，所述纖維素為小麥秸桿、水稻、玉米、薯類中的一種或者幾種。上述改性纖維素類吸附劑的應(yīng)用，包括如下步驟(I)吸附Cu2+ :將吸附劑灑于Cu2+超標(biāo)的水體中，在攪拌的條件下吸附水溶液中的Cu2+ ；(2) 二次利用吸附劑除磷將吸附過(guò)Cu2+的吸附劑回收，涼干，即為一種新的吸附齊U，再將其用于吸附水體中過(guò)量的磷酸根離子。優(yōu)選地，步驟(I)所述吸附劑投加量為5-8g/L，水體pH為5-8之間，吸附時(shí)間為24h，攪拌速度150-200r/min。在pH8的條件下，吸附劑對(duì)銅離子的吸附量最大。隨著吸附劑投加量的增多，銅離子的吸附容量也隨之加大，當(dāng)吸附劑投加量為7g/L時(shí)，Cu2+吸附容量達(dá)到最大。優(yōu)選地，步驟(2)所述新吸附劑的投加量為2_7g/L，水體pH為4_8之間，吸附時(shí)間為24h，攪拌速度150-200r/min。在酸性條件下，尤其是pH為5時(shí)，磷的吸附效果最好。隨著飽和吸附劑投加量的增多，磷酸根吸附量也隨之增大。當(dāng)吸附劑投加量為7g/L，該飽和吸附劑對(duì)磷的吸附容量達(dá)到最大。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)I、根據(jù)纖維素材料高分子鏈間通過(guò)氫鍵作用緊密結(jié)合，反應(yīng)活性弱等特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行超聲波輔助堿液處理纖維素以降低木質(zhì)素，一方面使用堿液提高了木質(zhì)素去除率，另一方面通過(guò)超聲波輔助的方法縮短處理時(shí)間，降低能耗，并且提高糖化速度。2、本發(fā)明可循環(huán)利用吸附Cu2+、磷的吸附劑的制備方法中，制備工藝簡(jiǎn)單、節(jié)省成本，減少了加工過(guò)程溶劑過(guò)環(huán)境的污染；同時(shí)也使得成品更環(huán)保，無(wú)二次污染的產(chǎn)生。3、本發(fā)明改性纖維素類吸附劑不僅能去除Cu2+，還可以吸附水體中的磷酸根離子；當(dāng)Cu2+被吸附到吸附劑表面時(shí)，吸附劑結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，Cu2+成為新吸附劑除磷的主要吸附基團(tuán)，相當(dāng)于利用一種污染物-銅離子間接“改性”，去除另外一種污染物-磷酸根離子。這種使用方法降低了改性的難度，減少了所需的改性試劑，無(wú)二次污染，并且是一種新的使用模型一種污染物一間接去除一另外一種污染物，循環(huán)使用吸附劑，達(dá)到二次利用吸附劑的目的。4、本發(fā)明吸附劑對(duì)Cu2+最大吸附容量為5. 3mg/g ;對(duì)磷的最大吸附容量為4. 6mg/g，相比現(xiàn)有的纖維素類吸附法的吸附容量有較大提高。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例I一種改性纖維素類吸附劑，包含下列原料小麥秸桿、NaOH溶液、環(huán)氧氯丙烷、丙烯酸。改性纖維素類吸附劑的制備方法，其工藝流程如下(I)前處理將小麥秸桿進(jìn)行洗凈、風(fēng)干、切片、粉碎處理，制成粒徑Imm以下的秸桿粉末。(2)預(yù)處理對(duì)5g秸桿粉末進(jìn)行堿液-超聲波處理，其方法包括將IOOmL,質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%Na0H溶液噴灑在秸桿粉末上，攪拌溶解，然后轉(zhuǎn)移到三口瓶中常溫下攪拌水解30min，用超聲波處理20min，再在常溫下攪拌水解30min ;其中攪拌速度180r/min，超聲波 功率800W。(3)反應(yīng)加入25mL的環(huán)氧氯丙燒,在溫度110°C,攪拌速度180r/min的條件下反應(yīng)lh，然后再加入12. 5mL丙烯酸在上述反應(yīng)條件下繼續(xù)反應(yīng)2h。(4)成品將反應(yīng)后的料液冷卻，然后用自來(lái)水清洗至溶液呈中性，過(guò)濾，烘干，即得成品。實(shí)施例2本實(shí)施例與實(shí)施例I的不同之處在于步驟(2)預(yù)處理對(duì)5g秸桿粉末進(jìn)行堿液-超聲波處理，其方法包括將IOOmL,質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%Na0H溶液噴灑在秸桿粉末上，攪拌溶解，然后轉(zhuǎn)移到三口瓶中常溫下攪拌水解35min，用超聲波處理15min，再在常溫下攪拌水解30min ;其中攪拌速度180r/min，超聲波功率800W。實(shí)施例3本實(shí)施例與實(shí)施例I的不同之處在于步驟(2)預(yù)處理對(duì)5g秸桿粉末進(jìn)行堿液-超聲波處理，其方法包括將IOOmL,質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%Na0H溶液噴灑在秸桿粉末上，攪拌溶解，然后轉(zhuǎn)移到三口瓶中常溫下攪拌水解40min，用超聲波處理lOmin，再在常溫下攪拌水解30min ;其中攪拌速度180r/min，超聲 波功率800W。(3)反應(yīng)加入30mL的環(huán)氧氯丙燒,在溫度100°C,攪拌速度150r/min的條件下反應(yīng)lh，然后再加入15mL丙烯酸在上述反應(yīng)條件下繼續(xù)反應(yīng)3h。實(shí)施例4將實(shí)施例2制備的改性秸桿吸附劑首先用于吸附50mg/L的Cu2+溶液，吸附劑投加量為5g/L，pH5，溫度為30±5°C，吸附時(shí)間24h，攪拌速度180r/min。本實(shí)例中的改性秸桿吸附劑對(duì)Cu2+吸附容量為3. 5mg/g (即每克吸附劑吸附的Cu2+為3. 5mg)。實(shí)施例5將實(shí)施例2制備的改性秸桿吸附劑首先用于吸附50mg/L的Cu2+溶液，吸附劑投加量為5g/L，pH6，溫度為30±5°C，吸附時(shí)間24h，攪拌速度180r/min。本實(shí)例中的改性秸桿吸附劑對(duì)Cu2+吸附容量為3. 8mg/g。實(shí)施例6將實(shí)施例2制備的改性秸桿吸附劑首先用于吸附50mg/L的Cu2+溶液，吸附劑投加量為5g/L，pH7，溫度為30±5°C，吸附時(shí)間24h，攪拌速度180r/min。本實(shí)例中的改性秸桿吸附劑對(duì)Cu2+吸附容量為4. 3mg/g。實(shí)施例7將實(shí)施例2制備的改性秸桿吸附劑首先用于吸附50mg/L的Cu2+溶液，吸附劑投加量為5g/L，pH8，溫度為30±5°C，吸附時(shí)間24h，攪拌速度180r/min。本實(shí)例中的改性秸桿吸附劑對(duì)Cu2+吸附容量為4. 5mg/g。實(shí)施例8將實(shí)施例2制備的改性秸桿吸附劑首先用于吸附50mg/L的Cu2+溶液，吸附劑投加量為6g/L，pH8，溫度為30±5°C，吸附時(shí)間24h，攪拌速度180r/min。本實(shí)例中的改性秸桿吸附劑對(duì)Cu2+吸附容量為4. 9mg/g。 實(shí)施例9將實(shí)施例2制備的改性秸桿吸附劑首先用于吸附50mg/L的Cu2+溶液，吸附劑投加量為7g/L，pH8，溫度為30±5°C，吸附時(shí)間24h，攪拌速度180r/min。本實(shí)例中的改性秸桿吸附劑對(duì)Cu2+吸附容量為5. 3mg/g。實(shí)施例10將實(shí)施例2制備的改性秸桿吸附劑首先用于吸附50mg/L的Cu2+溶液，吸附劑投加量為8g/L，pH8，溫度為30±5°C，吸附時(shí)間24h，攪拌速度180r/min。本實(shí)例中的改性秸桿吸附劑對(duì)Cu2+吸附容量為5. 3mg/g。實(shí)施例11將實(shí)施例9中的飽和吸附劑用于吸附10mgP/L的磷酸根離子，吸附劑投加量為2g/L，pH4，溫度為30±5°C，吸附時(shí)間24h，攪拌速度180r/min。該飽和吸附劑對(duì)磷的吸附容量為 2. 6mg/g。實(shí)施例12將實(shí)施例9中的飽和吸附劑用于吸附10mgP/L的磷酸根離子，吸附劑投加量為2g/L，pH5，溫度為30±5°C，吸附時(shí)間24h，攪拌速度180r/min。該飽和吸附劑對(duì)磷的吸附容量為 3. 5mg/g。實(shí)施例13將實(shí)施例9中的飽和吸附劑用于吸附10mgP/L的磷酸根離子，吸附劑投加量為2g/L，pH6，溫度為30±5°C，吸附時(shí)間24h，攪拌速度180r/min。該飽和吸附劑對(duì)磷的吸附容量為 3. 3mg/g。實(shí)施例14將實(shí)施例9中的飽和吸附劑用于吸附10mgP/L的磷酸根離子，吸附劑投加量為2g/L，pH7，溫度為30±5°C，吸附時(shí)間24h，攪拌速度180r/min。該飽和吸附劑對(duì)磷的吸附容量為 3. lmg/go實(shí)施例15將實(shí)施例9中的飽和吸附劑用于吸附10mgP/L的磷酸根離子，吸附劑投加量為3g/L，pH5，溫度為30±5°C，吸附時(shí)間24h，攪拌速度180r/min。該飽和吸附劑對(duì)磷的吸附容量為 3. 5mg/g。實(shí)施例16
將實(shí)施例9中的飽和吸附劑用于吸附10mgP/L的磷酸根離子，吸附劑投加量為4g/L，pH5，溫度為30±5°C，吸附時(shí)間24h，攪拌速度180r/min。該飽和吸附劑對(duì)磷的吸附容量為 4. lmg/go實(shí)施例17將實(shí)施例9中的飽和吸附劑用于吸附10mgP/L的磷酸根離子，吸附劑投加量為5g/L，pH5，溫度為30±5°C，吸附時(shí)間24h，攪拌速度180r/min。該飽和吸附劑對(duì)磷的吸附容量為 4. 5mg/g。 實(shí)施例18將實(shí)施例9中的飽和吸附劑用于吸附10mgP/L的磷酸根離子，吸附劑投加量為6g/L，pH5，溫度為30±5°C，吸附時(shí)間24h，攪拌速度180r/min。該飽和吸附劑對(duì)磷的吸附容量為 4. 6mg/g。實(shí)施例19將實(shí)施例9中的飽和吸附劑用于吸附10mgP/L的磷酸根離子，吸附劑投加量為7g/L，pH4，溫度為30±5°C，吸附時(shí)間24h，攪拌速度180r/min。該飽和吸附劑對(duì)磷的吸附容量為 4. 6mg/g。
權(quán)利要求
1.一種改性纖維素類吸附劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟 (1)前處理將纖維素原料進(jìn)行洗凈、風(fēng)干、切片、粉碎處理； (2)預(yù)處理對(duì)纖維素粉末進(jìn)行堿液-超聲波處理； (3)反應(yīng)加入環(huán)氧氯丙烷，在溫度100-110°C，攪拌速度150-200r/min的條件下反應(yīng)lh，然后再加入丙烯酸在上述反應(yīng)條件下繼續(xù)反應(yīng)2-3h ;其中每Ig纖維素粉末加5-6ml環(huán)氧氯丙烷，丙烯酸2. 5-3. OmL ； (4)成品將反應(yīng)后的料液冷卻，然后用水清洗至溶液呈中性，過(guò)濾，烘干，即得目標(biāo)吸附劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述堿液-超聲波處理的步驟如下將質(zhì)量分?jǐn)?shù)20-30%Na0H溶液噴灑在纖維素粉末上，攪拌溶解，然后攪拌水解30_40min，用超聲波處理10-20min，再攪拌水解30_40min。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述每Ig纖維素粉末所需NaOH溶液20ml o
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的制備方法，其特征在于，所述攪拌速度為150-200r/min。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述超聲波功率為800-1000W。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述纖維素為小麥秸桿、水稻、玉米、薯類中的一種或者幾種。
7.一種改性纖維素類吸附劑，其特征在于，是由權(quán)利要求re任意一項(xiàng)方法制備的。
8.權(quán)利要求7所述改性纖維素類吸附劑的應(yīng)用，其特征在于，包括如下步驟 (1)吸附Cu2+:將吸附劑灑于Cu2+超標(biāo)的水體中，在攪拌的條件下吸附水溶液中的Cu2+ ； (2)二次利用吸附劑除磷將吸附過(guò)Cu2+的吸附劑回收，涼干，即為一種新的吸附劑，再將其用于吸附水體中過(guò)量的磷酸根離子。
9.權(quán)利要求8所述的應(yīng)用，其特征在于，步驟(I)所述吸附劑投加量為5-8g/L，水體pH為5-8之間，吸附時(shí)間為24h，攪拌速度150-200r/min。
10.權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，其特征在于，步驟(2)所述新吸附劑的投加量為2-7g/L，水體PH為4-8之間，吸附時(shí)間為24h，攪拌速度150-200r/min。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種改性纖維素類吸附劑及其制備方法和應(yīng)用，包括如下步驟(1)前處理將纖維素原料進(jìn)行洗凈、風(fēng)干、切片、粉碎處理；(2)預(yù)處理對(duì)纖維素粉末進(jìn)行堿液-超聲波處理；(3)反應(yīng)加入環(huán)氧氯丙烷，在溫度100-110℃，攪拌速度150-200r/min的條件下反應(yīng)1h，然后再加入丙烯酸在上述反應(yīng)條件下繼續(xù)反應(yīng)2-3h；(4)成品將反應(yīng)后的料液冷卻，然后用水清洗至溶液呈中性，過(guò)濾，烘干，即得目標(biāo)吸附劑。本發(fā)明改性纖維素類吸附劑不僅能去除Cu2+，還可以將使用后的吸附劑再次吸附水體中的磷酸根離子，達(dá)到二次利用吸附劑的目的。
文檔編號(hào)C02F1/58GK102671634SQ20121014866
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月15日
發(fā)明者吳文清, 張瑞峰, 黃少斌 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)