CN103657593A

CN103657593A - 一种葵花籽壳生物质炭吸附剂、制备方法及去除水中亚甲基蓝的方法

Info

Publication number: CN103657593A
Application number: CN201310686422.4A
Authority: CN
Inventors: 高景峰; 司春英; 杨辰
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2013-12-09
Filing date: 2013-12-09
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2033-12-09
Also published as: CN103657593B

Abstract

一种葵花籽壳生物质炭吸附剂、制备方法及去除水中亚甲基蓝的方法，属于废水处理技术领域，水清洗葵花籽壳，干燥，破碎、筛分至300～600μm，再将葵花籽壳颗粒与氯化锌溶液混合浸渍，微波处理，所得葵花籽壳生物质炭经酸洗、水洗、干燥，即得到葵花籽壳生物质炭吸附剂。所得吸附剂用于去除废水中亚甲基蓝的方法，本发明方法操作简单，成本低，高效环保。

Description

一种葵花籽壳生物质炭吸附剂、制备方法及去除水中亚甲基蓝的方法

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，涉及一种利用吸附剂去除废水中亚甲基蓝的方法，特别是涉及一种利用葵花籽壳生物质炭吸附剂去除废水中亚甲基蓝的方法。

背景技术

亚甲基蓝是一种芳香杂环化合物，属于吩噻嗪类碱性染料，常用于麻、蚕丝织物、纸张的染色和竹、木的着色，可用于制造墨水和生物、细菌组织的染色等方面，还可用作化学指示剂和药物。急性摄入大量的亚甲基蓝会引起心率增加、呕吐、休克及四肢麻痹等。除此之外，高剂量的亚甲基蓝还会导致亨氏小体贫血或其他红细胞形态改变的症状，降低红细胞寿命。

生物质炭，是指由富含碳的生物质通过裂解或者不完全燃烧生成的一种生物质。生物质炭具有较大的比表面积，而且表面含有较多的含氧活性官能团，可以用于吸附污水或土壤中的有机污染物和重金属，同时因其成本低廉，被认为是一种有广阔应用前景的吸附材料。用农林废弃物、工业废弃物等含碳有机废物制备生物质炭不仅可以减少固体废弃物的环境污染，还可以有效实现这些有机废物的资源化。

葵花籽是世界五大油料作物之一。中国是葵花籽的生产大国，2011年产量为231.3万吨。目前葵花籽最广泛的用途是作为一种炒制品销售，也是一种最传统的用途。随着科技的进步和食品工业的发展，人们不断开发葵花籽新的食用及经济价值，例如利用葵花籽仁榨油和制作保健品饮料、酸乳等产品，葵花籽饼粕可用作饲料等。然而，一直以来对葵花籽壳的利用比较少，除做燃料外，大多直接将其当作废弃物扔掉。葵花籽含壳率一般为22～40%，以2011年为例，葵花籽壳的年产量为50.9～92.5万吨。如果利用其制备吸附剂，不仅可以变废为宝，而且能够减轻葵花籽壳造成的污染，同时实现了葵花籽壳的资源化和经济价值。利用葵花籽壳生物炭吸附剂处理废水中的亚甲基蓝，可以有效地去除废水中的亚甲基蓝，还达到了以废治废的效果。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题在于提供一种高效、低成本的去除废水中亚甲基蓝的吸附剂。

本发明所要解决的第二个技术问题在于提供一种高效、低成本的去除废水中亚甲基蓝的方法。

一种葵花籽壳生物质炭吸附剂，为微波处理的葵花籽壳作为吸附剂。

上述葵花籽壳生物质炭吸附剂的制备方法包括以下步骤：

用自来水清洗葵花籽壳，干燥，破碎、筛分至300～600μm，再将葵花籽壳颗粒与氯化锌溶液混合浸渍，微波处理，用盐酸溶液酸洗所得葵花籽壳生物质炭，再用蒸馏水清洗至pH呈中性，干燥，即得到葵花籽壳生物质炭吸附剂。

上述氯化锌溶液的浓度优选55%～75%，葵花籽壳颗粒与氯化锌溶液的浸渍比优选葵花籽壳颗粒（g）：氯化锌溶液（g）为1：5～1：7，微波功率优选480～640W，微波处理时间优选10～15min，盐酸溶液的浓度优选10%。

上述所述葵花籽壳生物质炭吸附剂用于去除废水中亚甲基蓝的方法，包括以下步骤：

在含亚甲基蓝的溶液中加入葵花籽壳生物质炭吸附剂和氯化钠，在20～60℃下吸附2～24h后，过滤分离，滤液调至中性后排放。

优选含亚甲基蓝的溶液中亚甲基蓝的浓度100～900mg/L、溶液pH为2～12，葵花籽壳生物质炭吸附剂用量为2～5g/L，氯化钠的质量百分比浓度不超过30%。

与现有技术相比，本发明的优点在于：与离子交换、膜分离、沉淀等方法相比，本发明的去除废水中亚甲基蓝的方法操作简单，成本低，高效环保。本发明所述的葵花籽壳生物质炭吸附剂吸附量大，亚甲基蓝吸附值为384.64mg/g，远超过木质净水用活性炭国家标准（135mg/g，中华人民共和国国家标准GB13803.2-1999），同时开辟了葵花籽壳资源化利用的新途径。

附图说明

图1为pH对亚甲基蓝去除效果的影响。

图2为亚甲基蓝初始浓度对亚甲基蓝去除效果的影响。

图3为氯化钠浓度对亚甲基蓝去除效果的影响。

图4为Langmuir吸附等温线。

图5为本发明的葵花籽壳生物质炭吸附剂的红外光谱图。

具体实施方式

下面结合具体实施例来对本发明作进一步详细说明，但本发明并不限制于实施例。

实施例1

取一定质量的葵花籽壳，自来水冲洗数次，干燥，破碎、筛分至300～600μm，将葵花籽壳颗粒与氯化锌溶液按照葵花籽壳颗粒质量（g）：氯化锌溶液质量（g）为1：7的比例混合浸渍于锥形瓶中，其中氯化锌溶液的浓度为55%。480W微波处理15min后，用浓度为10%的盐酸溶液酸洗所得葵花籽壳生物质炭，再用蒸馏水清洗至pH呈中性，干燥，即得到葵花籽壳生物质炭吸附剂。

取0.1g本实施例制备的吸附剂和5g氯化钠加入溶液pH值分别为2、4、6、7、8、10、12，50mL，100mg/L的亚甲基蓝溶液中，于20℃下恒温水浴摇床中振荡2h后，过滤分离，滤液调至中性后排放。

不同初始pH对亚甲基蓝去除效果的影响如图1所示，可以看出pH对亚甲基蓝吸附值的影响很小，说明本发明的去除亚甲基蓝的方法基本不受pH限制。

实施例2

取一定质量的葵花籽壳，自来水冲洗数次，干燥，破碎、筛分至300～600μm，将葵花籽壳颗粒与氯化锌溶液按照葵花籽壳颗粒质量（g）：氯化锌溶液质量（g）为1：6.5的比例混合浸渍于锥形瓶中，其中氯化锌溶液的浓度为60%。520W微波处理14min后，用浓度为10%的盐酸溶液酸洗所得葵花籽壳生物质炭，再用蒸馏水清洗至pH呈中性，干燥，即得到葵花籽壳生物质炭吸附剂。

取0.15g本实施例制备的吸附剂和2.5g氯化钠加入分别含100、300、500、700、900mg/L亚甲基蓝的50mL溶液中，于20℃下恒温水浴摇床中振荡24h后，过滤分离，滤液调至中性后排放。

亚甲基蓝初始浓度对亚甲基蓝去除效果的影响如图2所示。在浓度梯度的驱动下，随着亚甲基蓝初始浓度由100mg/L增加到700mg/L，亚甲基蓝吸附值由51.21mg/g上升到343.27mg/g，而去除率仅由99.82%下降到97.60%。亚甲基蓝初始浓度为900mg/L时亚甲基蓝吸附值为392.80mg/g，去除率为87.45%。这表明本发明的去除亚甲基蓝的方法适用于含100～700mg/L亚甲基蓝的废水处理。

实施例3

取一定质量的葵花籽壳，自来水冲洗数次，干燥，破碎、筛分至300～600μm，将葵花籽壳颗粒与氯化锌溶液按照葵花籽壳颗粒质量（g）：氯化锌溶液质量（g）为1：6的比例混合浸渍于锥形瓶中，其中氯化锌溶液的浓度为65%。560W微波处理13min后，用浓度为10%的盐酸溶液酸洗所得葵花籽壳生物质炭，再用蒸馏水清洗至pH呈中性，干燥，即得到葵花籽壳生物质炭吸附剂。

取本实施例制备的吸附剂0.20g加入氯化钠使其质量百分比浓度分别为0%、2%、5%、10%、15%、30%，50mL、100mg/L的亚甲基蓝溶液中，于20℃下恒温水浴摇床中振荡2h后，过滤分离，滤液调至中性后排放。

氯化钠浓度对亚甲基蓝去除效果的影响如图3所示。氯化钠浓度较高时（15%和30%）吸附速率较快，但是不同氯化钠浓度对吸附量的影响不显著，葵花籽壳生物质炭吸附剂可以在比较宽的氯化钠浓度范围内（0%～30%）实现对亚甲基蓝的吸附去除。

实施例4

取一定质量的葵花籽壳，自来水冲洗数次，干燥，破碎、筛分至300～600μm，将葵花籽壳颗粒与氯化锌溶液按照葵花籽壳颗粒质量（g）：氯化锌溶液质量（g）为1：5.5的比例混合浸渍于锥形瓶中，其中氯化锌溶液的浓度为70%。600W微波处理12min后，用浓度为10%的盐酸溶液酸洗所得葵花籽壳生物质炭，再用蒸馏水清洗至pH呈中性，干燥，即得到葵花籽壳生物质炭吸附剂。

取0.25g本实施例制备的吸附剂和2.5g氯化钠加入到50mL分别含100，300，500，700，900mg/L亚甲基蓝的溶液中，于20℃，40℃，60℃下恒温水浴摇床中振荡21h后，过滤分离，滤液调至中性后排放。

吸附结果用Langmuir吸附等温线拟合，不同温度下的吸附等温线如图4所示，拟合结果如表1所示。

从图4和表1可以看出，Langmuir模型对葵花籽壳生物质炭吸附剂对亚甲基蓝的等温吸附试验数据的拟合效果很好，因此Langmuir模型可以很好地描述葵花籽壳生物质炭吸附剂对亚甲基蓝的等温吸附试验数据。从表1可以看出，Q0和b均随着温度的升高而下降，这表明葵花籽壳生物质炭吸附剂的表面活性随着温度的升高而下降，与亚甲基蓝分子在低温条件下有更高的亲和性，即葵花壳生物质炭吸附剂在低温条件下对亚甲基蓝的吸附效果更好。表明本发明的工艺流程对操作条件及设备要求低，是一种经济、节约能源的含亚甲基蓝废水处理方法，适于推广与应用。

20℃时，用Langmuir等温线计算得到的葵花籽壳生物质炭吸附剂吸附亚甲基蓝的最大单分子层吸附量Q₀是384.62mg/g，远超过木质净水用活性炭国家标准（135mg/g，中华人民共和国国家标准GB13803.2-1999），说明本发明的改性葵花籽壳可以作为处理含亚甲基蓝废水的一种高效低成本的吸附剂。

表1Langmuir吸附等温线参数

实施例5

取一定质量的葵花籽壳，自来水冲洗数次，干燥，破碎、筛分至300～600μm，将葵花籽壳颗粒与氯化锌溶液按照葵花籽壳颗粒质量（g）：氯化锌溶液质量（g）为1：5的比例混合浸渍于锥形瓶中，其中氯化锌溶液的浓度为75%。640W微波处理10min后，用浓度为10%的盐酸溶液酸洗所得葵花籽壳生物质炭，再用蒸馏水清洗至pH呈中性，干燥，即得到葵花籽壳生物质炭吸附剂。

对本实施例制备的葵花籽壳生物质炭吸附剂进行红外光谱分析。

本实施例制备的葵花籽壳生物质炭吸附剂的红外光谱图如图5示。3429cm^-1处的吸收峰代表羟基中O–H的伸缩振动，2924cm^-1的吸收峰为脂肪族化合物中C–H与纤维素和半纤维素中CH₂的伸缩振动的重叠，1694cm^-1处的吸收峰由羰基中C=O的振动引起，1617cm^-1处的吸收峰可能是C=O的伸缩振动，1409cm^-1处的吸收峰是酯中C=O的对称伸缩振动和醇中O–H的变形振动共同作用的结果，1223cm^-1处的吸收峰可能是C–N（III型胺基）伸缩振动造成的，1094cm^-1处的吸收峰是膦酸基团中P–O–C和多糖类物质中C–O–C的伸缩振动的叠加，其他波段（图中指纹状附近）的吸收峰为膦酸基团或硫磺基团的振动。上述结果表明，葵花籽壳生物质炭吸附剂表面富含羟基、羰基等活性基团。

Claims

1.一种葵花籽壳生物质炭吸附剂，其特征在于，为微波处理的葵花籽壳作为吸附剂。

2.权利要求1的葵花籽壳生物质炭吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.按照权利要求2的方法，其特征在于，氯化锌溶液的质量百分比浓度优选55%～75%。

4.按照权利要求2的方法，其特征在于，葵花籽壳颗粒与氯化锌溶液的浸渍比优选葵花籽壳颗粒（g）：氯化锌溶液（g）为1：5～1：7。

5.按照权利要求2的方法，其特征在于，微波功率优选480～640W。

6.按照权利要求2的方法，其特征在于，微波处理时间优选10～15min。

7.按照权利要求2的方法，其特征在于，盐酸溶液质量百分比浓度优选10%。

8.权利要求1的葵花籽壳生物质炭吸附剂用于去除废水中亚甲基蓝。

9.权利要求1的葵花籽壳生物质炭吸附剂用于去除废水中亚甲基蓝的方法，

其特征在于，包括以下步骤：

在含亚甲基蓝的溶液中加入葵花籽壳生物质炭吸附剂和氯化钠，在20～60℃下吸附2～24h后，过滤分离，滤液调至中性后排放，含亚甲基蓝的溶液中亚甲基蓝的浓度100～900mg/L、溶液pH为2～12，葵花籽壳生物质炭吸附剂用量为2～5g/L，氯化钠的质量百分比浓度不超过30%。