专利名称：一种蒲草基水处理材料的制备方法及其应用的制作方法
技术领域：
本发明属于水处理材料技术领域，具体涉及一种蒲草基水处理材料的制备方法及其在处理含铅废水中的应用。
背景技术：
蒲草，学名是Typha orientalis Presl,多自生在水边或池沼内，在华东、华南地区分布广泛。蒲草的用途包括(I)用于点缀园林水池、湖畔，构筑水景；(2)为制造人造棉及纸张之材料；(3)编织草席、草鞋、草帽等传统用具的重要材料。含铅废水来自各种电池车间、选矿厂、石油化工厂等。电池工业是含铅废水的最主要来源，每生产I个电池至少造成铅流失4. 54mg，其次是石油工业生产汽油添加剂。尽管铅不如铜、镉常见，但它却是废水中的普通组分，尤其是电池厂在生产过程中产生大量含铅废水，废水中铅含量超出国家标准百倍，对地下水源构成很大威胁，如果不进行处理而任意排放，必然给环境与社会带来极大的危害。目前含铅废水的处理工艺，应用较多、较成熟可靠的技术有离子交换法、沉淀法、吸附法等。其中吸附法是利用吸附剂特殊的物理化学性质，如较高的表面活性、较大的比表面积、特殊的微孔结构等。常用的吸附剂有改性膨润土、粉煤灰、沸石、陶土、活性炭等。吸附法工艺具有除铅效率高、成本适中、不造成二次污染的特点，因此具有良好的使用前景，特别是对一些吸附剂的改性之后处理效果更加可观。将蒲草用于含铅废水的处理，主要有两种方法，一种是将含铅废水流过种植蒲草的田地，利用蒲草的根须，对水进行净化；第二种是将蒲草收割，制成水处理材料，吸附废水中的铅离子。第一种方法不但需要占用大片的田地，而且会对土壤造成污染，污染后的土壤修复成本高昂；第二种方法不但可充分利用蒲草的根、茎、叶等制备水处理材料，而且不会对土壤造成污染，加上蒲草为水生植物，材料来源广泛，因而具有推广的潜力。将蒲草用于含铅废水的处理，据文献(J. Serb. Chem. Soc. 76 (7) 1037 - 1047(2011))报道，其吸附量为3. 719 mg/g,即每克蒲草可吸附3. 719mg的铅离子，基本上不具备经济价值。本发明的创新性在于(1)率先对蒲草进行化学改性，将蒲草表面的羟基替换成吸附铅离子能力更强的羧基、氨基等。(2)改性后的蒲草材料对铅离子的吸附量达352. 2mg/g，即每克蒲草可吸附352. 2mg的铅离子，是未改性蒲草的94. 7倍。(3)将吸附铅离子的蒲草用简单酸/碱解吸附，再进行“吸附-解吸附”工艺，可反复循环使用10次，进一步降低了蒲草材料的使用成本。
发明内容
本发明属于水处理材料领域，涉及一种蒲草基水处理材料的制备方法及其处理含铅废水中的应用。本发明提出的制备方法是将天然蒲草化学改性，具体工艺包括蒲草洗净、烘干、粉碎、化学改性等。本发明制备的水处理材料具有以下优点(1)纯天然，可降解；(2)经简单酸/碱处理，可反复循环使用10次；(3)对水溶液中铅离子的吸附能力强，是未改性前的94. 7倍。本发明制备的蒲草基水处理材料既可用于水处理厂含铅离子废水处理，也可用于家用净水器，市场前景广阔。本发明提出的蒲草基水处理材料的制备方法，其特征在于
1)清洁蒲草将蒲草漂洗、烘干；
2)蒲草粉碎将清洁后的蒲草置于粉碎机中，粉碎成粒径为40、0目的颗粒；
3)化学改性将粉碎后的蒲草颗粒置于改性溶液中广4小时，取出，置于烘箱中，于10(Tl2(rC烘烤Γ12小时，取出，用去离子水洗净，干燥，得化学改性的蒲草基水处理材料。其中，改性溶液的溶质为3-氨基丙基三甲氧基硅烷、柠檬酸、酒石酸、苹果酸中的任意一种；溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇或四氢呋喃中的任意一种；改性溶液的质量浓度为O. 1% 5%。
本发明所提出的蒲草基水处理材料，其可以用于含铅废水的处理，对水溶液中铅离子的吸附能力强，是未改性前的94. 7倍，经简单酸/碱处理，可反复循环使用。本发明所提出的蒲草基水处理材料，其在处理污水中铅离子时的条件范围为将改性后的蒲草材料置于含铅废水中，调节溶液pH值为5飞，于20°C吸附4小时，吸附完毕，过滤，通过检测溶液中残留铅离子量，得出蒲草材料的铅离子初次吸附量。将吸附铅离子的蒲草材料置于浓度为O.1M的氨水溶液中O. 5小时，过滤，洗净；再置于浓度为O.1M的盐酸溶液中O. 5小时，过滤，洗净，烘干，完成解吸附工艺，得再生蒲草材料。将再生蒲草材料置于含铅废水中，调节溶液PH值为5飞，于20°C吸附4小时，吸附完毕，过滤，完成第2次吸附。如此10个“吸附-解吸附”循环，检测第10次蒲草材料的铅离子吸附量(大于初次吸附量的80%为合格)。
图1为蒲草基水处理材料的扫描电镜照片。
具体实施例方式下面通过实施例进一步描述本发明。实施例1
将天然生长的蒲草收割，用自来水洗净，烘干，将清洁后的蒲草置于粉碎机中，粉碎成粒径为4(Γ80目的颗粒，将粉碎后的蒲草颗粒置于质量浓度为O. 1%的3-氨基丙基三甲氧基硅烷甲醇溶液中4小时，取出，置于烘箱中，于120°C烘烤4小时，取出，用去离子水洗净，干燥，得化学改性的蒲草基水处理材料。将O. 03g改性后的蒲草材料置于20ml含铅废水中，调节溶液pH值为5. 3，于20°C吸附4小时，铅废水中铅离子的浓度为1000mg/L，吸附完毕，过滤，通过检测溶液中残留铅离子量，得出蒲草材料的铅离子吸附量为295. lmg/g，即每克蒲草可吸附295.1mg铅离子。将吸附铅离子的蒲草材料置于浓度为O.1M的氨水溶液中O. 5小时，过滤，洗净；再置于浓度为O.1M的盐酸溶液中O. 5小时，过滤，洗净，烘干，完成解吸附工艺，得再生的蒲草材料；再将上述再生材料置于含铅废水中，进行铅离子吸附。如此10个循环，蒲草材料的铅尚子吸附量仍达261. 2mg/g,大于初次吸附量的80%。实施例2将天然生长的蒲草收割，用自来水洗净，烘干，将清洁后的蒲草置于粉碎机中，粉碎成粒径为4(Γ80目的颗粒，将粉碎后的蒲草颗粒置于质量浓度为5%的柠檬酸乙醇溶液中I小时，取出，置于烘箱中，于100°C烘烤12小时，取出，用去离子水洗净，干燥，得化学改性的蒲草基水处理材料。将O. 03g改性后的蒲草材料置于20ml含铅废水中，调节溶液pH值为5. 6，于20°C吸附4小时，铅废水中铅离子的浓度为500mg/L，吸附完毕，过滤，通过检测溶液中残留铅离子量，得出蒲草材料的铅离子吸附量为352. 2mg/g,即每克蒲草可吸附352. 2mg铅离子。将吸附铅离子的蒲草材料置于浓度为O.1M的氨水溶液中O. 5小时，过滤，洗净；再置于浓度为O.1M的盐酸溶液中O. 5小时，过滤，洗净，烘干，完成解吸附工艺，得再生的蒲草材料；再将上述再生材料置于含铅废水中，进行铅离子吸附。如此10个循环，蒲草材料的铅尚子吸附量仍达302. 4mg/g,大于初次吸附量的80%。实施例3
将天然生长的蒲草收割，用自来水洗净，烘干，将清洁后的蒲草置于粉碎机中，粉碎成粒径为4(Γ80目的颗粒，将粉碎后的蒲草颗粒置于质量浓度为3%的酒石酸异丙醇溶液中2小时，取出，置于烘箱中，于120°C烘烤8小时，取出，用去离子水洗净，干燥，得化学改性的蒲草基水处理材料。将O. 03g改性后的蒲草材料置于20ml含铅废水中，调节溶液pH值为5. 0，于20°C吸附4小时，铅废水中铅离子的浓度为2000mg/L，吸附完毕，过滤，通过检测溶液中残留铅离子量，得出蒲草材料的铅离子吸附量为336. 2mg/g，即每克蒲草可吸附336. 2mg铅离子。将吸附铅离子的蒲草材料置于浓度为O.1M的氨水溶液中O. 5小时，过滤，洗净；再置于浓度为O.1M的盐酸溶液中O. 5小时，过滤，洗净，烘干，完成解吸附工艺，得再生的蒲草材料；再将上述再生材料置于含铅废水中，进行铅离子吸附。如此10个循环，蒲草材料的铅离子吸附量仍达289. 4mg/g,大于初次吸附量的80%。实施例4
将天然生长的蒲草收割，用自来水洗净，烘干，将清洁后的蒲草置于粉碎机中，粉碎成粒径为4(Γ80目的颗粒，将粉碎后的蒲草颗粒置于质量浓度为1%的苹果酸四氢呋喃溶液中2小时，取出，置于烘箱中，于100°C烘烤8小时，取出，用去离子水洗净，干燥，得化学改性的蒲草基水处理材料。将O. 03g改性后的蒲草材料置于20ml含铅废水中，调节溶液pH值为6. 0，于20°C吸附4小时，铅废水中铅离子的浓度为200mg/L，吸附完毕，过滤，通过检测溶液中残留铅离子量，得出蒲草材料的铅离子吸附量为347. 2mg/g,即每克蒲草可吸附347. 2mg铅离子。将吸附铅离子的蒲草材料置于浓度为O.1M的氨水溶液中O. 5小时，过滤，洗净；再置于浓度为O.1M的盐酸溶液中O. 5小时，过滤，洗净，烘干，完成解吸附工艺，得再生的蒲草材料；再将上述再生材料置于含铅废水中，进行铅离子吸附。如此10个循环，蒲草材料的铅尚子吸附量仍达319. 7mg/g,大于初次吸附量的80%。实施例5
将天然生长的蒲草收割，用自来水洗净，烘干，将清洁后的蒲草置于粉碎机中，粉碎成粒径为4(Γ80目的颗粒，将粉碎后的蒲草颗粒置于质量浓度为4%的柠檬酸四氢呋喃溶液中
3小时，取出，置于烘箱中，于110°C烘烤6小时，取出，用去离子水洗净，干燥，得化学改性的蒲草基水处理材料。将O. 03g改性后的蒲草材料置于20ml含铅废水中，调节溶液pH值为5. 9，于20°C吸附4小时，铅废水中铅离子的浓度为100mg/L，吸附完毕，过滤，通过检测溶液中残留铅离子量，得出蒲草材料的铅离子吸附量为312. lmg/g，即每克蒲草可吸附312.1mg铅离子。将吸附铅离子的蒲草材料置于浓度为O.1M的氨水溶液中O. 5小时，过滤，洗净；再置于浓度为O.1M的盐酸溶液中O. 5小时，过滤，洗净，烘干，完成解吸附工艺，得再生的蒲草材料；再将上述再生材料置于含铅废水中，进行铅离子吸附。如此10个循环，蒲草材料的铅尚子吸附量仍达277. 7mg/g,大于初次吸附量的80%。实施例6
将天然生长的蒲草收割，用自来水洗净，烘干，将清洁后的蒲草置于粉碎机中，粉碎成 粒径为4(Γ80目的颗粒，将粉碎后的蒲草颗粒置于质量浓度为O. 5%的柠檬酸甲醇溶液中I小时，取出，置于烘箱中，于120°C烘烤6小时，取出，用去离子水洗净，干燥，得化学改性的蒲草基水处理材料。将O. 03g改性后的蒲草材料置于20ml含铅废水中，调节溶液pH值为5. 2，于20°C吸附4小时，铅废水中铅离子的浓度为800mg/L，吸附完毕，过滤，通过检测溶液中残留铅离子量，得出蒲草材料的铅离子吸附量为266. 4mg/g,即每克蒲草可吸附266. 4mg铅离子。将吸附铅离子的蒲草材料置于浓度为O.1M的氨水溶液中O. 5小时，过滤，洗净；再置于浓度为O.1M的盐酸溶液中O. 5小时，过滤，洗净，烘干，完成解吸附工艺，得再生的蒲草材料；再将上述再生材料置于含铅废水中，进行铅离子吸附。如此10个循环，蒲草材料的铅尚子吸附量仍达217. 9mg/g,大于初次吸附量的80%。
权利要求
1.一种蒲草基水处理材料的制备方法，其特征在于 1)清洁蒲草将蒲草漂洗、烘干； 2)蒲草粉碎将清洁后的蒲草置于粉碎机中，粉碎成粒径为40、0目的颗粒； 3)化学改性将粉碎后的蒲草颗粒置于改性溶液中广4小时，取出，置于烘箱中，于10(Tl2(rC烘烤Γ12小时，取出，用去离子水洗净，干燥，得化学改性的蒲草基水处理材料； 其中，改性溶液的溶质为3-氨基丙基三甲氧基硅烷、柠檬酸、酒石酸、苹果酸中的任意一种；溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇或四氢呋喃中的任意一种；改性溶液的质量浓度为O.1% 5%。
2.一种根据权利要求1所述的蒲草基水处理材料在处理含铅废水当中的应用，其特征在于，在PH5 6时采用蒲草基水处理材料吸附处理含铅废水。
全文摘要
本发明属于水处理材料领域，涉及一种蒲草基水处理材料的制备方法及其应用。本发明提出的制备方法是将天然蒲草化学改性，具体工艺包括蒲草洗净、烘干、粉碎、化学改性等。本发明制备的水处理材料具有以下优点(1)纯天然，可降解；(2)经简单酸/碱处理，可反复循环使用10次；(3)对水溶液中铅离子的吸附能力强，是未改性前的94.7倍。本发明制备的蒲草基水处理材料既可用于水处理厂含铅离子废水处理，也可用于家用净水器，市场前景广阔。
文档编号C02F1/62GK102989425SQ20121050937
公开日2013年3月27日 申请日期2012年12月4日 优先权日2012年12月4日
发明者吕银祥 申请人:复旦大学