一种稻秸秆基铬离子吸附材料的制备方法
【专利摘要】本发明属于水处理材料领域，涉及一种稻秸秆基铬离子吸附材料的制备方法。本发明提出的制备方法是将稻秸秆改性，具体工艺包括稻秸秆洗净、粉碎、超声波处理以及水溶性淀粉改性等。本发明制备的稻秸秆基铬离子吸附材料具有以下优点：（1）不涉及强酸/碱腐蚀，工艺过程绿色、环保；（2）制备的稻秸秆基铬离子吸附材料纯天然，可降解；（3）对废水溶液中铬离子的吸附能力强，达116mg/g，即每克稻秸秆可吸附116mg铬离子，是离子交换树脂的1.5倍，是常规改性稻秸秆的5.8倍。本发明制备的稻秸秆基铬离子吸附材料既可用于水处理厂含铬离子废水处理，也可用于家用净水装置，市场前景广阔。
【专利说明】一种稻秸秆基铬离子吸附材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于水处理材料【技术领域】，具体涉及一种稻秸杆基铬离子吸附材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]电镀、制革、化丁等行业每年产生大量含重金属离子的废水。由于重金属离子不能自行分解，易聚集在生物体内，导致各种紊乱和疾病。铬在环境中主要以Cr3+和Cr6+的形式存在，其中Cr6+的毒性很大，一般为Cr3+的100多倍，对皮肤有刺激性，能引起皮肤溃疡，长期摄入则会引起肉瘤、扁平上皮癌、腺癌等疾病。对含重金属离子的废水，传统的处理方法有化学沉淀法、薄膜过滤、离子交换法、蒸发回收法、吸附法和电解法等，但都因操作费用和原材料成本过高而受到限制。寻找廉价的废水净化材料，对废水中重金属离子进行有效处理，降低废水的处理成本，提高净化效率，已成为环境污染治理中亟待解决的问题。吸附是去除废水中重金属离子广泛采用的技术，价廉、高效的吸附剂一直是广大科研工作者研究的热点。近年来，关于“廉价”吸附剂去除重金属离子的研究很多。活性炭、花生壳和稻谷壳等农业废料、粉煤灰、废橡胶等工业废料以及动物骨粉等均可用于去除重金属离子。
[0003]将稻秸杆用于含铬废水的处理，主要有以下几种方法:(1)将稻秸杆粉碎，经过高锰酸钾氧化和乙二胺胺化两步改性，制成水处理材料(高分子通报，2011, 2，21-29.)，由于使用高强度氧化剂以及腐蚀性的乙二胺，工艺过程不环保，加上改性后的稻秸杆对铬离子的吸附能力与未改性相比，提高幅度不大，导致这种方法实用性不强；(2)将稻秸杆粉碎，利用酒石酸对稻秸杆进行化学改性(环境科学与技术，2009，32(10)，78-82)，通过与其他农业废料的对比，稻草秸杆显示出了更高的铬去除能力，可达到3.883mg/g，而利用酒石酸改性后的稻草秸杆更可进一步提高对铬的吸附量，达到5.266mg/g，但与工业上常用的阴离子纤维素改性离子交换树脂最大吸附容量为76.4mg/g相比，有很大差距。(3)将稻秸杆粉碎，用环氧氯丙烷、三甲胺对秸杆进行改性(EnvironmentalTechnology, 2013, 34(1)，7-14.),在稻杆表面嫁接三甲胺基氯化盐,通过离子吸附和交换，提高秸杆的铬离子吸附能力，能达到约20毫克(铬离子)/克(稻秸杆)，从而极大降低了含铬废水的处理成本，但与离子交换树脂相比，仅达其最大吸附容量的26%。
[0004]本发明的创新性在于:(I)对稻秸杆进行超声波处理，提高了稻秸杆的比表面积，避免使用NaOH或HCl等强酸/碱腐蚀，是环境友好型工艺；(2)改性试剂为水溶性淀粉，是一种天然有机物，所制备的稻秸杆改性材料绿色、天然，可用于饮用水的净化，从而扩展了稻秸杆改性材料的应用领域；(3)制备的稻秸杆改性材料对铬离子的吸附量达116mg/g，即每克稻秸杆可吸附116mg的铬离子，是离子交换树脂的1.5倍，是常规改性稻秸杆的5.8倍。(4)将吸附铬离子的稻秸杆改性材料用稀氨水解吸附，再进行“吸附-解吸附”工艺，可反复循环使用8次，进一步降低了稻秸杆改性材料的使用成本。
【发明内容】
[0005]本发明属于水处理材料领域，涉及一种稻秸杆基铬离子吸附材料的制备方法。本发明提出的制备方法是将稻秸杆改性，具体工艺包括稻秸杆洗净、粉碎、超声波处理以及水溶性淀粉改性等。本发明制备的稻秸杆基铬离子吸附材料具有以下优点:(1)不涉及强酸/碱腐蚀，工艺过程绿色、环保；(2)制备的稻秸杆基铬离子吸附材料纯天然，可降解；(3)对废水溶液中铬离子的吸附能力强，达116mg/g，即每克稻秸杆可吸附116mg的铬离子，是离子交换树脂的1.5倍，是常规改性稻秸杆的5.8倍。本发明制备的稻秸杆基铬离子吸附材料既可用于水处理厂含铬离子废水处理，也可用于家用净水装置，市场前景广阔。
[0006]本发明提出的稻秸杆基铬离子吸附材料的制备方法，其特征在于:
[0007]I)清洁稻稻杆:将稻稻杆漂洗、烘干；
[0008]2)稻秸杆粉碎:将清洁后的稻秸杆置于粉碎机中，粉碎成粒径为40?80目的颗粒;
[0009]3)超声波处理:将粉碎后的稻秸杆与2%的乙酸溶液混合，稻秸杆与乙酸溶液的料/液比为1/10?1/4(重量(g)/体积(mL))，将上述混合物置于超声波清洗机中，超声波作用30?60分钟，取出，过滤，用去离子水洗净，干燥，得超声波处理的稻秸杆。其中，超声波的作用功率为200?1000W。
[0010]4)淀粉改性:将超声波处理的稻秸杆置于水溶性淀粉溶液中10?60分钟，取出，置于干燥箱中，于100?140°C干燥6?12小时，冷却，用去离子水洗净，干燥，得稻秸杆基铬离子吸附材料。其中，水溶性淀粉溶液的溶剂为去离子水，质量浓度为1%?10%。
[0011]将稻秸杆基铬离子吸附材料置于含铬废水中，调节溶液pH值为5?6，于20°C吸附6小时，废水中铬离子的浓度为50?1000mg/L，吸附完毕，过滤，通过检测溶液中残留铬尚子量，得出稻稻杆基铬尚子吸附材料的铬尚子吸附量。
[0012]将上述吸附铬离子的吸附材料置于浓度为0.1M的氨水溶液中I小时，过滤，洗净，烘干，完成解吸附工艺，得再生的稻秸杆基铬离子吸附材料；再将上述再生材料置于含铬废水中，进行铬离子吸附。如此多个循环，直至稻秸杆基吸附材料的铬离子吸附量小于初次吸附量的75%。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为稻秸杆基铬离子吸附材料的扫描电镜照片。
【具体实施方式】
[0014]下面通过实施例进一步描述本发明
[0015]实施例1
[0016]将稻秸杆收割，用自来水洗净，烘干，将清洁后的稻秸杆置于粉碎机中，粉碎成粒径为40?80目的颗粒，将粉碎后的稻秸杆与2%的乙酸溶液混合，稻秸杆与乙酸溶液的料/液比为1/10 (重量(g)/体积(mL))，将上述混合物置于超声波清洗机中，用功率为200W的超声波作用30分钟，取出，过滤，用去离子水洗净，干燥，得超声波处理的稻秸杆。
[0017]将超声波处理的稻秸杆置于浓度为1%的水溶性淀粉溶液中10分钟，取出，置于干燥箱中，于100°c干燥6小时，冷却，用去离子水洗净，干燥，得稻秸杆基铬离子吸附材料
[0018]将0.1g稻秸杆基铬离子吸附材料置于IOOmL含铬废水中，调节溶液pH值为5?6，于20°C吸附6小时，废水中铬离子的浓度为50?1000mg/L，吸附完毕，过滤，通过检测溶液中残留铬离子量，得出稻秸杆基铬离子吸附材料的铬离子吸附量为89mg/g，即每克吸附材料可吸附89mg铬离子。
[0019]将上述吸附铬离子的吸附材料置于浓度为0.1M的氨水溶液中I小时，过滤，洗净，烘干，完成解吸附工艺，得再生的稻秸杆基铬离子吸附材料；再将上述再生材料置于含铬废水中，进行铬离子吸附。如此8个循环，稻秸杆基吸附材料的铬离子吸附量仍达67mg/g，大于初次吸附量的75%。
[0020]实施例2
[0021]将稻秸杆收割，用自来水洗净，烘干，将清洁后的稻秸杆置于粉碎机中，粉碎成粒径为40?80目的颗粒，将粉碎后的稻秸杆与2%的乙酸溶液混合，稻秸杆与乙酸溶液的料/液比为1/4 (重量(g)/体积(mL))，将上述混合物置于超声波清洗机中，用功率为1000W的超声波作用60分钟，取出，过滤，用去离子水洗净，干燥，得超声波处理的稻秸杆。
[0022]将超声波处理的稻秸杆置于浓度为10%的水溶性淀粉溶液中10分钟，取出，置于干燥箱中，于100°c干燥6小时，冷却，用去离子水洗净，干燥，得稻秸杆基铬离子吸附材料
[0023]将0.1g稻秸杆基铬离子吸附材料置于IOOmL含铬废水中，调节溶液pH值为5?6，于20°C吸附6小时，废水中铬离子的浓度为50?1000mg/L，吸附完毕，过滤，通过检测溶液中残留铬离子量，得出稻秸杆基铬离子吸附材料的铬离子吸附量为116mg/g，即每克吸附材料可吸附116mg铬离子。
[0024]将上述吸附铬离子的吸附材料置于浓度为0.1M的氨水溶液中I小时，过滤，洗净，烘干，完成解吸附工艺，得再生的稻秸杆基铬离子吸附材料；再将上述再生材料置于含铬废水中，进行铬离子吸附。如此8个循环，稻秸杆基吸附材料的铬离子吸附量仍达88mg/g，大于初次吸附量的75%。
[0025]实施例3
[0026]将稻秸杆收割，用自来水洗净，烘干，将清洁后的稻秸杆置于粉碎机中，粉碎成粒径为40?80目的颗粒，将粉碎后的稻秸杆与2%的乙酸溶液混合，稻秸杆与乙酸溶液的料/液比为1/10 (重量(g)/体积(mL))，将上述混合物置于超声波清洗机中，用功率为200W的超声波作用30分钟，取出，过滤，用去离子水洗净，干燥，得超声波处理的稻秸杆。
[0027]将超声波处理的稻秸杆置于浓度为10%的水溶性淀粉溶液中60分钟，取出，置于干燥箱中，于140°C干燥12小时，冷却，用去离子水洗净，干燥，得稻秸杆基铬离子吸附材料
[0028]将0.1g稻秸杆基铬离子吸附材料置于IOOml含铬废水中，调节溶液pH值为5?6，于20°C吸附6小时，废水中铬离子的浓度为50?1000mg/L，吸附完毕，过滤，通过检测溶液中残留铬离子量，得出稻秸杆基铬离子吸附材料的铬离子吸附量为114mg/g，即每克吸附材料可吸附114mg铬离子。
[0029]将上述吸附铬离子的吸附材料置于浓度为0.1M的氨水溶液中I小时，过滤，洗净，烘干，完成解吸附工艺，得再生的稻秸杆基铬离子吸附材料；再将上述再生材料置于含铬废水中，进行铬离子吸附。如此8个循环，稻秸杆基吸附材料的铬离子吸附量仍达87mg/g，大于初次吸附量的75%。
[0030]实施例4
[0031]将稻秸杆收割，用自来水洗净，烘干，将清洁后的稻秸杆置于粉碎机中，粉碎成粒径为40?80目的颗粒，将粉碎后的稻秸杆与2%的乙酸溶液混合，稻秸杆与乙酸溶液的料/液比为1/5(重量(g)/体积(mL))，将上述混合物置于超声波清洗机中，用功率为500W的超声波作用45分钟，取出，过滤，用去离子水洗净，干燥，得超声波处理的稻秸杆。
[0032]将超声波处理的稻秸杆置于浓度为5%的水溶性淀粉溶液中30分钟，取出，置于干燥箱中，于120°C干燥8小时，冷却，用去离子水洗净，干燥，得稻秸杆基铬离子吸附材料
[0033]将0.1g稻秸杆基铬离子吸附材料置于IOOmL含铬废水中，调节溶液pH值为5?6，于20°C吸附6小时，废水中铬离子的浓度为50?1000mg/L，吸附完毕，过滤，通过检测溶液中残留铬离子量，得出稻秸杆基铬离子吸附材料的铬离子吸附量为110mg/g，即每克吸附材料可吸附IlOmg铬离子。
[0034]将上述吸附铬离子的吸附材料置于浓度为0.1M的氨水溶液中I小时，过滤，洗净，烘干，完成解吸附工艺，得再生的稻秸杆基铬离子吸附材料；再将上述再生材料置于含铬废水中，进行铬离子吸附。如此8个循环，稻秸杆基吸附材料的铬离子吸附量仍达83mg/g，大于初次吸附量的75%。
[0035]实施例5
[0036]将稻秸杆收割，用自来水洗净，烘干，将清洁后的稻秸杆置于粉碎机中，粉碎成粒径为40?80目的颗粒，将粉碎后的稻秸杆与2%的乙酸溶液混合，稻秸杆与乙酸溶液的料/液比为1/6(重量(g)/体积(mL))，将上述混合物置于超声波清洗机中，用功率为800W的超声波作用30分钟，取出，过滤，用去离子水洗净，干燥，得超声波处理的稻秸杆。
[0037]将超声波处理的稻秸杆置于浓度为3%的水溶性淀粉溶液中20分钟，取出，置于干燥箱中，于100°c干燥12小时，冷却，用去离子水洗净，干燥，得稻秸杆基铬离子吸附材料
[0038]将0.1g稻秸杆基铬离子吸附材料置于IOOmL含铬废水中，调节溶液pH值为5?6，于20°C吸附6小时，废水中铬离子的浓度为50?1000mg/L，吸附完毕，过滤，通过检测溶液中残留铬离子量，得出稻秸杆基铬离子吸附材料的铬离子吸附量为94mg/g，即每克吸附材料可吸附94mg铬离子。
[0039]将上述吸附铬离子的吸附材料置于浓度为0.1M的氨水溶液中I小时，过滤，洗净，烘干，完成解吸附工艺，得再生的稻秸杆基铬离子吸附材料；再将上述再生材料置于含铬废水中，进行铬离子吸附。如此8个循环，稻秸杆基吸附材料的铬离子吸附量仍达72mg/g，大于初次吸附量的75%。
[0040]实施例6
[0041]将稻秸杆收割，用自来水洗净，烘干，将清洁后的稻秸杆置于粉碎机中，粉碎成粒径为40?80目的颗粒，将粉碎后的稻秸杆与2%的乙酸溶液混合，稻秸杆与乙酸溶液的料/液比为1/8(重量(g)/体积(mL))，将上述混合物置于超声波清洗机中，用功率为600W的超声波作用60分钟，取出，过滤，用去离子水洗净，干燥，得超声波处理的稻秸杆。
[0042]将超声波处理的稻秸杆置于浓度为8%的水溶性淀粉溶液中40分钟，取出，置于干燥箱中，于140°C干燥12小时，冷却，用去离子水洗净，干燥，得稻秸杆基铬离子吸附材料
[0043]将0.1g稻秸杆基铬离子吸附材料置于IOOmL含铬废水中，调节溶液pH值为5?6，于20°C吸附6小时，废水中铬离子的浓度为50?1000mg/L，吸附完毕，过滤，通过检测溶液中残留铬离子量，得出稻秸杆基铬离子吸附材料的铬离子吸附量为104mg/g，即每克吸附材料可吸附104mg铬离子。[0044]将上述吸附铬离子的吸附材料置于浓度为0.1M的氨水溶液中I小时，过滤，洗净，烘干，完成解吸附工艺，得再生的稻秸杆基铬离子吸附材料；再将上述再生材料置于含铬废水中，进行铬离子吸附。如此8个循环，稻秸杆基吸附材料的铬离子吸附量仍达79mg/g，大于初次吸附量的75%。
【权利要求】
1.一种稻秸杆基铬离子吸附材料的制备方法，其特征在于:1)清洁稻秸杆:将稻秸杆漂洗、烘干；2)稻秸杆粉碎:将清洁后的稻秸杆置于粉碎机中，粉碎成粒径为40?80目的颗粒；3)超声波处理:将粉碎后的稻秸杆与2%的乙酸水溶液混合，稻秸杆与乙酸水溶液的料/液比为1/10?1/4(重量(g)/体积(mL))，将上述混合物置于超声波清洗机中，超声波作用30?60分钟，取出，过滤，用去离子水洗净，干燥，得超声波处理的稻秸杆；其中，超声波的作用功率为200?1000W ；4)淀粉改性:将超声波处理的稻秸杆置于水溶性淀粉溶液中10?60分钟，取出，置于干燥箱中，于100?140°C干燥6?12小时，冷却，用去离子水洗净，干燥，得稻秸杆基铬离子吸附材料；其中，水溶性淀粉溶液的溶剂为去离子水，质量浓度为1%?10%。
【文档编号】C02F1/28GK103432999SQ201310366799
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年8月21日 优先权日:2013年8月21日
【发明者】蓝碧健 申请人:太仓碧奇新材料研发有限公司