CN102847520A - 一种慈竹边角料生物质吸附剂及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种慈竹角料生物质吸附剂及其制备方法。该吸附剂是按照包括下述步骤的方法制备得到的：1)将粉碎后的慈竹角料与活化剂进行反应，得到活化的慈竹角料；2)将所述活化的慈竹角料与改性剂进行反应，得到慈竹角料生物质吸附剂。该吸附剂以慈竹边角料为制备原料，价格低廉，制备工艺简单，仅需常用设备，加工成本低，吸附效果优良。

Description

一种慈竹边角料生物质吸附剂及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及一种慈竹边角料生物质吸附剂及其制备方法与应用。
背景技术
过量重金属离子在自然水体中的存在已成为环境污染和威胁人类健康的重要因素。如何高效、低成本、无二次污染地去除自然水体中过量金属离子已列为全世界科学家日益关注的课题。目前水体中重金属去除的方式仍是以化学沉淀、电化学处理、物理吸附、活体生物吸附和离子交换等为主，其中离子交换吸附在重金属去除中占重要作用。
近年来，以天然产物为原料的吸附材料研究日益受到研究者的关注。目前的研究成果表明，多种生物质材料具备吸附重金属离子的能力，如秸秆、果壳、果皮、锯末、树皮、树叶、茶渣、咖啡渣等对不同种类重金属有不同程度的吸附效果。改性生物质废弃物在重金属吸附的应用中显示出优异的吸附性价比。
竹是世界上生长速度最快的植物之一。慈竹是我国主要竹种，广泛分布于西南地区如四川、贵州等地，是西南地区的重要经济竹种。慈竹一般3年即可成材，广泛应用于竹炭制备、建筑材料、制浆等领域。但竹材加工所产生的边角料却被当作燃料或废弃物处理，造成了极大的资源浪费。将慈竹角料直接改性加工制成生物质吸附剂，可以提高慈竹资源利用率，具有重要的经济价值。目前国内外文献均未见有慈竹生物质材料直接改性制备吸附剂的报道。
发明内容
本发明的目的在于针对慈竹角料利用途径单一、附加值低等不足，提供一种便宜易得、成本低、去除效果好、适用范围广的慈竹角料生物质吸附剂及其制备方法。
本发明所提供的慈竹角料生物质吸附剂是按照包括下述步骤的方法制备得到的：
1)将粉碎后的慈竹角料与活化剂进行反应，得到活化的慈竹角料；
2)将所述活化的慈竹角料与改性剂进行反应，得到慈竹角料生物质吸附剂。
其中，步骤1)中所述活化剂选自下述任意一种：质量分数为5-15％的盐酸溶液、质量分数为2-10％的硫酸溶液和质量分数为2-8％的硝酸溶液。
所述慈竹角料与所述活化剂使用比例为10g∶100ml。
步骤1)中所述反应的反应温度可为25-75℃，反应时间可为2-6h。为了使反应更加充分，在反应进行中还需进行搅拌。
所述粉碎后的慈竹角料的粒径可为0.2-0.25mm。
步骤2)中所述改性剂选自十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠。
具体使用时，上述改性剂以其水溶液的形式加入，其水溶液中改性剂溶质质量分数可为5-10％。
所述慈竹角料与改性剂溶质的质量比为10∶(5-10)。
步骤2)中所述反应的反应温度可为25-75℃恒温，反应时间可为12-24h。为了使反应更加充分，在反应进行中还需进行搅拌。
为了避免残留的活性剂对改性步骤的影响，所述方法还包括在步骤2)前对所述活化的慈竹角料用去离子水洗涤至中性的步骤。
此外，上述方法还包括对步骤2)得到的慈竹角料生物质吸附剂用去离子水洗涤至洗涤液澄清的步骤。
洗涤完毕后，还需在50-80℃恒温下干燥12-24小时，得到最终的慈竹角料生物质吸附剂产品。
本发明的再一个目的是提供上述慈竹角料生物质吸附剂的应用。
本发明所提供的应用是其在吸附水中重金属离子中的应用。所述重金属离子具体可为六价铬离子和六价铀离子。
本发明与现有的吸附技术相比具有如下优点：利用慈竹边角料为制备原料，价格低廉，制备工艺简单，仅需常用设备，加工成本低，吸附效果优良。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行说明，但本发明并不局限于此。
下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
下述实施例中对吸附量的测定方法如下：1)对亚甲基蓝的吸附效果采用分光光度法测定，2)对金属离子的吸附效果采用原子吸收分光光度法测定。
实施例1
将10克粉碎后的慈竹角料(粒度为0.2-0.25mm)中加入100ml质量分数为10％的盐酸，在50℃下搅拌反应3h，过滤，用去离子水洗涤滤渣至滤液呈中性。加入100ml质量分数为5％的十二烷基苯磺酸钠溶液，搅拌均匀后，在60℃下搅拌反应12h；过滤，用去离子水洗涤滤渣至滤液澄清，在60℃下干燥24h，即可得慈竹角料生物质重金属离子吸附剂。
该吸附剂对亚甲基蓝的吸附量为79.6mg/g，对六价铬离子的吸附量为54.1mg/g，对六价铀离子的吸附量为17mg/g。
实施例2
将10克粉碎后的慈竹角料(粒度为0.2-0.25mm)中加入100ml质量分数为5％的硫酸，在50℃下搅拌反应3h，过滤，用去离子水洗涤滤渣至滤液呈中性。加入100ml质量分数为5％的十二烷基苯磺酸钠溶液，搅拌均匀后，在60℃下搅拌反应12h；过滤，用去离子水洗涤滤渣至滤液澄清，在60℃下干燥24h，即可得慈竹角料生物质重金属离子吸附剂。
该吸附剂对亚甲基蓝的吸附量为66.1mg/g，对六价铬离子的吸附量为43.2mg/g，对六价铀离子的吸附量为15.2mg/g。
实施例3
将10克粉碎后的慈竹角料(粒度为0.2-0.25mm)中加入100ml质量分数为5％的硝酸，在50℃下搅拌反应3h，过滤，用去离子水洗涤滤渣至滤液呈中性。加入100ml质量分数为5％的十二烷基苯磺酸钠溶液，搅拌均匀后，在60℃下搅拌反应12h；过滤，用去离子水洗涤滤渣至滤液澄清，在60℃下干燥24h，即可得慈竹角料生物质重金属离子吸附剂。
该吸附剂对亚甲基蓝的吸附量为94mg/g，对六价铬离子的吸附量为49.5mg/g，对六价铀离子的吸附量为19.8mg/g。
实施例4
将10克粉碎后的慈竹角料(粒度为0.2-0.25mm)中加入100ml质量分数为10％的盐酸，在50℃下搅拌反应3h，过滤，用去离子水洗涤滤渣至滤液呈中性。加入100ml质量分数为10％的十二烷基硫酸钠溶液，搅拌均匀后，在60℃下搅拌反应12h；过滤，用去离子水洗涤滤渣至滤液澄清，在60℃下干燥24h，即可得慈竹角料生物质重金属离子吸附剂。
该吸附剂对亚甲基蓝的吸附量为90.3mg/g，对六价铬离子的吸附量为68.2mg/g，对六价铀离子的吸附量为22.7mg/g。
实施例5
将10克粉碎后的慈竹角料(粒度为0.2-0.25mm)中加入100ml质量分数为5％的硫酸，在50℃下搅拌反应3h，过滤，用去离子水洗涤滤渣至滤液呈中性。加入100ml质量分数为10％的十二烷基硫酸钠溶液，搅拌均匀后，在60℃下搅拌反应12h；过滤，用去离子水洗涤滤渣至滤液澄清，在60℃下干燥24h，即可得慈竹角料生物质重金属离子吸附剂。
该吸附剂对亚甲基蓝的吸附量为78mg/g，对六价铬离子的吸附量为57.9mg/g，对六价铀离子的吸附量为20.9mg/g。
实施例6
将10克粉碎后的慈竹角料(粒度为0.2-0.25mm)中加入100ml质量分数为5％的硝酸，在50℃下搅拌反应3h，过滤，用去离子水洗涤滤渣至滤液呈中性。加入100ml质量分数为10％的十二烷基硫酸钠溶液，搅拌均匀后，在60℃下搅拌反应12h；过滤，用去离子水洗涤滤渣至滤液澄清，在60℃下干燥24h，即可得慈竹角料生物质重金属离子吸附剂。
该吸附剂对亚甲基蓝的吸附量为57.1mg/g，对六价铬离子的吸附量为28.7mg/g，对六价铀离子的吸附量为26.7mg/g。
实施例7
将10克粉碎后的慈竹角料(粒度为0.2-0.25mm)中加入100ml质量分数为5％的硝酸，在25℃下搅拌反应6h，过滤，用去离子水洗涤滤渣至滤液呈中性。加入100ml质量分数为5％的十二烷基苯磺酸钠溶液，搅拌均匀后，在60℃下搅拌反应12h；过滤，用去离子水洗涤滤渣至滤液澄清，在60℃下干燥24h，即可得慈竹角料生物质重金属离子吸附剂。
该吸附剂对亚甲基蓝的吸附量为89.8mg/g，对六价铬离子的吸附量为49.1mg/g，对六价铀离子的吸附量为19.2mg/g。
实施例8
将10克粉碎后的慈竹角料(粒度为0.2-0.25mm)中加入100ml质量分数为5％的硝酸，在75℃下搅拌反应2h，过滤，用去离子水洗涤滤渣至滤液呈中性。加入100ml质量分数为5％的十二烷基苯磺酸钠溶液，搅拌均匀后，在60℃下搅拌反应12h；过滤，用去离子水洗涤滤渣至滤液澄清，在60℃下干燥24h，即可得慈竹角料生物质重金属离子吸附剂。
该吸附剂对亚甲基蓝的吸附量为87.7mg/g，对六价铬离子的吸附量为42mg/g，对六价铀离子的吸附量为14.9mg/g。
实施例9
将10克粉碎后的慈竹角料(粒度为0.2-0.25mm)中加入100ml质量分数为5％的硝酸，在50℃下搅拌反应3h，过滤，用去离子水洗涤滤渣至滤液呈中性。加入100ml质量分数为5％的十二烷基苯磺酸钠溶液，搅拌均匀后，在25℃下搅拌反应24h；过滤，用去离子水洗涤滤渣至滤液澄清，在60℃下干燥24h，即可得慈竹角料生物质重金属离子吸附剂。
该吸附剂对亚甲基蓝的吸附量为79.6mg/g，对六价铬离子的吸附量为39.7mg/g，对六价铀离子的吸附量为12.1mg/g。
实施例10
将10克粉碎后的慈竹角料(粒度为0.2-0.25mm)中加入100ml质量分数为5％的硝酸，在50℃下搅拌反应3h，过滤，用去离子水洗涤滤渣至滤液呈中性。加入100ml质量分数为5％的十二烷基苯磺酸钠溶液，搅拌均匀后，在75℃下搅拌反应24h；过滤，用去离子水洗涤滤渣至滤液澄清，在60℃下干燥24h，即可得慈竹角料生物质重金属离子吸附剂。
该吸附剂对亚甲基蓝的吸附量为91.7mg/g，对六价铬离子的吸附量为46.1mg/g，对六价铀离子的吸附量为17.2mg/g。

Claims (10)

1.一种制备慈竹角料生物质吸附剂的方法，包括下述步骤：
1)将粉碎后的慈竹角料与活化剂进行反应，得到活化的慈竹角料；
2)将所述活化的慈竹角料与改性剂进行反应，得到慈竹角料生物质吸附剂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1)中所述活化剂选自下述任意一种：质量分数为5-15％的盐酸溶液、质量分数为2-10％的硫酸溶液和质量分数为2-8％的硝酸溶液。
所述慈竹角料与所述活化剂的配比为10g∶100ml。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤1)中所述反应的反应温度为25-75℃，反应时间为2-6h；步骤1)中所述反应在搅拌状态下进行。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于：步骤1)中所述粉碎后的慈竹角料的粒径为0.2-0.25mm。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于：步骤2)中所述改性剂选自十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠；
所述活化的慈竹角料与所述改性剂的质量比为10∶(5-10)。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于：步骤2)中所述反应的反应温度为25-75℃，反应时间为12-24h；步骤2)中所述反应在搅拌状态下进行。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于：所述方法还包括下述步骤a)和/或b)：
a)在步骤2)前对所述活化的慈竹角料用去离子水洗涤至中性的步骤；
b)对步骤2)得到的慈竹角料生物质吸附剂用去离子水洗涤至洗涤液澄清的步骤。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于：所述方法还包括对步骤2)得到的慈竹角料生物质吸附剂在50-80℃恒温下干燥12-24小时的步骤。
9.权利要求1-8中任一项所述的方法制备得到的慈竹角料生物质吸附剂。
10.权利要求9所述的慈竹角料生物质吸附剂在吸附水中重金属离子中的应用；所述重金属离子具体为六价铬离子和/或六价铀离子。
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