一种大幅提高废弃生物质吸附重金属的复合生物吸附剂及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种大幅提高废弃生物质吸附重金属的复合生物吸附剂及其制备方法，生物吸附剂组分包括农作物或木材废弃物制成的颗粒以及负载于颗粒表面的以铁计为10-100mg/g的纳米水合氧化铁。吸附剂的制备步骤为：将一定质量浓度的Fe(III)溶液缓慢通过装有颗粒态的农业废弃物的吸附柱，并与固体颗粒充分接触；然后将固体颗粒在40-60摄氏度下烘2h，再加入到NaOH-NaCl混合溶液中震荡12-24h；滤出固体物质，用0.001M的HCl溶液及蒸馏水反复冲洗至pH值为6-8；最后处理后的农业废弃物颗粒在40-60摄氏度下烘干12-24h即得所需材料。本发明吸附剂吸附容量可提升2-6倍、吸附速度可提高2-5倍，表征吸附选择性的分配系数提升10-50倍。
【专利说明】一种大幅提高废弃生物质吸附重金属的复合生物吸附剂及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及化工领域，具体的说是一种可大幅提升农作物或木材废弃物吸附重金属性能的复合生物吸附剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002]生物吸附剂是近年来环境治理领域的研究热点，自然资源或工农业生产过程中的一些副产物因价格低廉、来源广泛及二次污染轻等优势而不断被应用于环境污染的治理。农业废弃物是众多生物吸附剂中的一种，将其应用于水体中典型重金属离子的净化，不仅可削减污染物，同时能实现农业废弃物的资源化利用。这一点国内夕卜有大量文献 ?艮道(Adsorpt1n of copper 1ns from water by modifiedagricultural by-products, Desalinat1n 2008，229， 170—180 ;Adsorpt1n kineticsof cadmium 1ns onto powdered corn cobs， The Canadian Journal of ChemicalEngineering, 2009，87，896-909)。农业生产中产生的农业废弃物随意丢弃将对外环境造成一定的影响，将其应用于废水中重金属污染的治理能取得一定的有益效果，但文献反映农业废弃物直接用于重金属的净化普遍存在着吸附量小、吸附选择性差、速度慢、净化深度不够等缺陷，因而该种材料很难适应日益苛刻的重金属安全控制标准。只有对其进行一定程度的改性才有可能实现农业废弃物的推广应用。
[0003]水合氧化铁对很多重金属离子均具有吸附容量大、吸附选择性强的优点，但由于颗粒细小(一般在微米或纳米维度内)，直接应用于实际流体会产生很大的压力降，故而很难实现工业化应用(The effect of nanocrystalline magnetite size onarsenic removal.Sc1.Technol.Adv.Mater., 2007, 8, 71-76 ；Modeling Pb sorpt1n tomicroporous amorphous oxides as discrete particles and coatings, Journal ofColloid and Interface Science, 2005, 281, 1-6.)。近年来，相关科研人员米用分子筛、活性炭、树脂、高分子聚合物等作为颗粒态氧化铁的支撑物制备复合吸附剂，以应对水合氧化铁难以直接应用的缺陷。而往往这些人工合成的支撑材料制备过程较为繁琐、成本较高，很难实现大规模的推广应用。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种大幅提高废弃生物质吸附重金属的复合生物吸附剂及其制备方法，该吸附剂不仅解决了颗粒态水合氧化铁难以直接应用的缺陷，且充分利用了农业废弃物表面的-C00H、-NH2等活性基团引发的Donnan膜效益，大幅提升了农业废弃物对重金属离子的吸附容量、吸附速度和吸附选择性，以实现农业废弃物净化重金属的推广应用。
[0005]本发明解决技术问题采用如下技术方案:
[0006]一种大幅提高废弃生物质吸附重金属的复合生物吸附剂，其特点在于，所述生物吸附剂组分包括农作物或木材废弃物制成的颗粒以及负载于颗粒表面的纳米水合氧化铁，所述水合氧化铁的负载量以铁计为10-100mg/g。
[0007]作为优选:所述农作物或木材废弃物颗粒选自玉米棒、坚果壳、锯末、农作物秸杆中的任意一种或一种以上任意组合。
[0008]作为优选:所述的粒径为0.1-1.0mm,比表面积为5_15m2/g。
[0009]一种大幅提高废弃生物质吸附重金属的复合生物吸附剂的制备方法，其特点在于包括以下步骤:
[0010]A.将水溶性的Fe(III)盐溶于蒸馏水中得到Fe(III)溶液，所述Fe (III)溶液的浓度为 0.5-2mol/L ；
[0011]B.使Fe (III)溶液在15_60摄氏度下缓慢通过装有颗粒态的农作物废弃物或木材废弃物的吸附柱，并使固体颗粒与Fe (III)溶液充分接触；
[0012]C.将步骤B所得农业废弃物颗粒倒出并在40-60摄氏度下烘干2h，随后加入到质量分数分别为3% -5% NaOH和NaCl的混合溶液中，并在15-60摄氏度下震荡12_24h ；
[0013]D.滤出步骤C所得废弃物颗粒，先用0.0OlM HCl冲洗至pH 4_5，接着用蒸馏水冲洗至pH值6-8 ；
[0014]E.将步骤D所得废弃物颗粒于40-60摄氏度下烘干12_24h即得负载纳米氧化铁的复合生物吸附剂。
[0015]所述步骤A中可溶性Fe (III)盐可为FeCl3、Fe (NO3) 3、Fe2(SO4)3中的任意一种或一种以上任意组合。
[0016]所述步骤B中Fe (III)溶液的流速为0.5_2BV/h，所述农作物或木材废弃物颗粒选自玉米棒、坚果壳、锯末、农作物秸杆中的任意一种，所述农作物或木材废弃物颗粒粒径为
0.1-1.0mm0
[0017]与已有技术相比，本发明有益效果体现在:
[0018]1、本发明将纳米水合氧化铁负载于农业废弃物颗粒表面制备新型复合生物吸附齐U。该吸附剂能广泛用于受Pb、Cd、Cu等重金属污染的工业废水、地表水及地下水的深度净化，以实现水体中重金属的安全控制。
[0019]2、本发明生物吸附剂在水体中共存离子如:Ca2+、Mg2+、Na+等浓度很高时，仍能选择性吸附重金属，且可将常见重金属Pb2+、Cd2+、Cu2+等浓度降低到安全控制标准以下。
[0020]3、本发明协同解决了农业废弃物吸附选择性差、吸附容量低、吸附速度慢以及颗粒型水合氧化铁难以实际应用的技术缺陷。
[0021]4、本发明吸附剂材料用于重金属的治理实现了农作物或木材废弃物的资源化及以废治废的目的。
【具体实施方式】
[0022]以下通过实施例进一步说明本发明。
[0023]实施例1
[0024]A.将270g FeCl3.6Η20溶于IL水中，得到Fe(III)溶液，其中Fe(III)的浓度为lmol/L ；
[0025]B.将50g玉米棒颗粒置于吸附柱内，将Fe(III)溶液在25摄氏度下以lBV/h的速度缓慢通过吸附柱，直至Fe (III)溶液完全通过，Fe (III)会被充分交换到玉米棒颗粒表面；
[0026]C.将步骤B所得的负载Fe(III)玉米棒颗粒倒出并在50摄氏度下烘2h，然后加入到含有质量浓度4% NaOH和质量浓度3% NaCl的混合溶液中，并在30摄氏度下震荡15h ；
[0027]D.滤出步骤C所得玉米棒颗粒，先用0.0OlM HCl冲洗至pH 4_5，接着用蒸馏水冲洗至pH值6-8 ；
[0028]E.将步骤D所得玉米棒颗粒在50摄氏度下烘干12h即可得载纳米氧化铁的复合吸附剂。
[0029]该发明制备的复合吸附剂粒径约为0.1-1.0mm,比表面积约8m2/g，水合氧化铁的负载量(以铁计)约40mg/g玉米棒。将3g复合吸附剂或玉米棒颗粒投入到20L重金属污染水中不断搅拌，水中Pb2+浓度20mg/L，Cd2+浓度10mg/L，Cu2+浓度10mg/L，Ca2+浓度500mg/L, Mg2+浓度600mg/L，Na+浓度800mg/L，并每隔I分钟检测一次水体中重金属的浓度，直至浓度不变。结果显示，复合材料对Pb2+、Cd2+、Cu2+的吸附容量分别为82，46，40mg/g,吸附饱和时间分别为30，50，45分钟，分配系数分别为52，34，41L/g,相较于未改性的玉米棒，Pb2+、Cd2+Xu2+的吸附容量分别提升了 4.2,2.8、3.5倍，吸附速度分别提高了 3.7,3.2、3.4倍，分配系数分别提高了 30、15、22倍。
[0030]实施例2
[0031]A.将600g Fe2(SO4)3溶于IL水中，得到Fe(III)溶液，其中Fe(III)的浓度为
1.5mol/L ；
[0032]B.将60g玉米棒颗粒置于吸附柱内，将Fe (III)溶液在35摄氏度下以lBV/h的速度缓慢通过吸附柱，直至Fe(III)溶液完全通过，Fe(III)会被充分交换到玉米棒颗粒表面；
[0033]C.将步骤B所得的载Fe (III)玉米棒颗粒倒出并在45摄氏度下烘干2h，然后加入到含有4.5% NaOH和3% NaCl的混合溶液中，并在35摄氏度下震荡12h ；
[0034]D.滤出步骤C所得玉米棒颗粒，先用0.0OlM HCl冲洗至pH 4_5，接着用蒸馏水冲洗至pH值pH值为7.2 ;
[0035]E.将步骤D所得玉米棒颗粒在55摄氏度下烘干12h即可得载纳米氧化铁的复合吸附剂。
[0036]该发明制备的复合吸附剂粒径约为0.1-1.0mm,比表面积约9m2/g，水合氧化铁的负载量(以铁计)约53mg/g玉米棒。将3g复合吸附剂或玉米棒颗粒投入到20L重金属污染水中不断搅拌，水中Pb2+浓度20mg/L，Cd2+浓度10mg/L，Cu2+浓度10mg/L，Ca2+浓度500mg/L, Mg2+浓度600mg/L，Na+浓度800mg/L，并每隔I分钟检测一次水体中重金属的浓度，直至浓度不变。结果显示，复合材料对Pb2+、Cd2+、Cu2+的吸附容量分别为88，54，46mg/g,吸附饱和时间分别为34，59，51分钟，分配系数分别为55，36，47L/g,相较于未改性的玉米棒，Pb2+、Cd2+Xu2+的吸附容量分别提升了 4.5,3.3、4.0倍，吸附速度分别提高了 3.3,2.7、3.0倍，分配系数分别提高了 32、16、25倍。
[0037]实施例3
[0038]A.将540g FeCl3.6Η20溶于IL水中，得到Fe(III)溶液，其中Fe(III)的浓度为
2.0mol/L ；
[0039]B.将50g玉米棒颗粒置于吸附柱内，将Fe (III)溶液在45摄氏度下以1.5BV/h的速度缓慢通过吸附柱，直至Fe (III)溶液完全通过，Fe (III)会被充分交换到玉米棒颗粒表面；
[0040]C.将步骤B所得的载Fe (III)玉米棒颗粒倒出并在60摄氏度下烘干2h，然后加入到含有3.2% NaOH和4% NaCl的混合溶液中，并在20摄氏度下震荡15h ；
[0041]D.滤出步骤C所得玉米棒颗粒，先用0.0OlM HCl冲洗至pH 4_5，接着用蒸馏水冲洗至pH值6.8 ;
[0042]E.将步骤D所得玉米棒颗粒在45摄氏度下烘干12h即可得载纳米氧化铁的复合吸附剂。
[0043]该发明制备的复合吸附剂粒径约为0.1-1.0mm,比表面积约llm2/g，水合氧化铁的负载量(以铁计)约88mg/g玉米棒。将3g复合吸附剂或玉米棒颗粒投入到20L重金属污染水中不断搅拌，水中Pb2+浓度20mg/L，Cd2+浓度10mg/L，Cu2+浓度10mg/L，Ca2+浓度500mg/L, Mg2+浓度600mg/L，Na+浓度800mg/L，并每隔I分钟检测一次水体中重金属的浓度，直至浓度不变。结果显示，复合材料对Pb2+、Cd2+、Cu2+的吸附容量分别为92，48，42mg/g,吸附饱和时间分别为37，64, 55分钟,分配系数分别为61，45, 52L/g,相较于未改性的玉米棒，Pb2+、Cd2+Xu2+的吸附容量分别提升了 4.7,2.9、3.7倍，吸附速度分别提高了 3.0,2.5、2.8倍，分配系数分别提高了 35、20、28倍。
[0044]实施例4
[0045]A.将404g Fe(NO3)3AH2O溶于IL水中，得到Fe(III)溶液，其中Fe(III)的浓度为 lmol/L ；
[0046]B.将10g玉米棒颗粒置于吸附柱内，将Fe (III)溶液在55摄氏度下以2BV/h的速度缓慢通过吸附柱，直至Fe (III)溶液完全通过，Fe (III)会被充分交换到玉米棒颗粒表面；
[0047]C.将步骤B所得的载Fe (III)玉米棒颗粒倒出并在55摄氏度下烘干2h，然后加入到含有3.8% NaOH和4.4% NaCl的混合溶液中，并在40摄氏度下震荡1h ；
[0048]D.滤出步骤C所得玉米棒颗粒，先用0.0OlM HCl冲洗至pH 4_5，接着用蒸馏水冲洗至pH值8 ;
[0049]E.将步骤D所得玉米棒颗粒在40摄氏度下烘干20h即可得载纳米氧化铁的复合吸附剂。
[0050]该发明制备的复合吸附剂粒径约为0.1-1.0mm,比表面积约5m2/g，水合氧化铁的负载量(以铁计)约20mg/g玉米棒。将3g复合吸附剂或玉米棒颗粒投入到20L重金属污染水中不断搅拌，水中Pb2+浓度20mg/L，Cd2+浓度10mg/L，Cu2+浓度10mg/L，Ca2+浓度500mg/L, Mg2+浓度600mg/L，Na+浓度800mg/L，并每隔I分钟检测一次水体中重金属的浓度，直至浓度不变。结果显示，复合材料对Pb2+、Cd2+、Cu2+的吸附容量分别为57，30，26mg/g,吸附饱和时间分别为37，64，57分钟，分配系数分别为45，27，37L/g,相较于未改性的玉米棒，Pb2+、Cd2+Xu2+的吸附容量分别提升了 2.9、1.8、2.3倍，吸附速度分别提高了 3.0,2.5、2.7倍，分配系数分别提高了 26、12、20倍。
[0051]实施例5
[0052]A.将270g FeCl3.6Η20溶于IL水中，得到Fe(III)溶液，其中Fe(III)的浓度为lmol/L ；
[0053]B.将10g坚果壳颗粒置于吸附柱内，将Fe(III)溶液在25摄氏度下以0.8BV/h的速度缓慢通过吸附柱，直至Fe(III)溶液完全通过，Fe(III)会被充分交换到坚果壳颗粒表面；
[0054]C.将步骤B所得的载Fe (III)坚果壳颗粒倒出并在40摄氏度下烘干2h，然后加入到含有4% NaOH和3% NaCl的混合溶液中，并在30摄氏度下震荡15h ；
[0055]D.滤出步骤C所得坚果壳颗粒，先用0.0OlM HCl冲洗至pH 4_5，接着用蒸馏水冲洗至pH值7.5 ;
[0056]E.将步骤D所得坚果壳(核桃壳)颗粒在45摄氏度下烘干20h即可得载纳米氧化铁的复合吸附剂。
[0057]该发明制备的复合吸附剂粒径约为0.1-1.0mm,比表面积约6m2/g，水合氧化铁的负载量(以铁计)约50mg/g坚果壳。将2g复合吸附剂或坚果壳颗粒投入到20L重金属污染水中不断搅拌，水中Pb2+浓度20mg/L，Cd2+浓度10mg/L，Cu2+浓度10mg/L，Ca2+浓度500mg/L, Mg2+浓度600mg/L，Na+浓度800mg/L，并每隔I分钟检测一次水体中重金属的浓度，直至浓度不变。结果显示，复合材料对Pb2+、Cd2+、Cu2+的吸附容量分别为120，85，68mg/g,吸附饱和时间分别为25，35, 40分钟,分配系数分别为58，36, 47L/g,相较于未改性的坚果壳，Pb2+、Cd2+Xu2+的吸附容量分别提升了 3.5,3.2、2.8倍，吸附速度分别提高了 2.1,2.2、2.8倍，分配系数分别提高了 40、20、28倍。
[0058]实施例6
[0059]A.将600g Fe2(SO4)3溶于IL水中，得到Fe(III)溶液，其中Fe(III)的浓度为1.5mol/L ；
[0060]B.将50g坚果壳颗粒(核桃壳)置于吸附柱内，将Fe (III)溶液在35摄氏度下以1.5BV/h的速度缓慢通过吸附柱，直至Fe (III)溶液完全通过，Fe(III)会被充分交换到坚果壳颗粒表面；
[0061]C.将步骤B所得的载Fe (III)坚果壳颗粒倒出并在45摄氏度下烘干2h，然后加入到含有3.5% NaOH和4.3% NaCl的混合溶液中，并在40摄氏度下震荡13h ；
[0062]D.滤出步骤C所得坚果壳颗粒，先用0.0OlM HCl冲洗至pH 4_5，接着用蒸馏水冲洗至pH值6.5 ;
[0063]E.将步骤D所得坚果壳颗粒在55摄氏度下烘干15h即可得载纳米氧化铁的复合吸附剂。
[0064]该发明制备的复合吸附剂粒径约为0.1-1.0mm,比表面积约10m2/g，水合氧化铁的负载量(以铁计)约90mg/g坚果壳。将2g复合吸附剂或坚果壳颗粒投入到20L重金属污染水中不断搅拌，水中Pb2+浓度20mg/L，Cd2+浓度10mg/L，Cu2+浓度10mg/L，Ca2+浓度500mg/L, Mg2+浓度600mg/L，Na+浓度800mg/L，并每隔I分钟检测一次水体中重金属的浓度，直至浓度不变。结果显示，复合材料对Pb2+、Cd2+、Cu2+的吸附容量分别为161，96，80mg/g,吸附饱和时间分别为16，25, 33分钟,分配系数分别为59，45, 57L/g,相较于未改性的坚果壳，Pb2+、Cd2+Xu2+的吸附容量分别提升了 4.7,3.6、3.3倍，吸附速度分别提高了 3.2,3.1、3.4倍，分配系数分别提高了 41、25、34倍。
[0065]实施例7
[0066]A.将 808g Fe(NO3)3.9Η20 溶于 IL 水中，得到 Fe(III)溶液，其中 Fe(III)的浓度为 2.0mol/L ；
[0067]B.将80g坚果壳颗粒(花生壳)置于吸附柱内，将Fe (III)溶液在45摄氏度下以
1.9BV/h的速度缓慢通过吸附柱，直至Fe (III)溶液完全通过，Fe(III)会被充分交换到坚果壳颗粒表面；
[0068]C.将步骤B所得的载Fe (III)坚果壳颗粒倒出并在60摄氏度下烘干2h，然后加入到含有4.5% NaOH和3.3% NaCl的混合溶液中，并在50摄氏度下震荡16h ；
[0069]D.滤出步骤C所得坚果壳颗粒，先用0.0OlM HCl冲洗至pH 4_5，接着用蒸馏水冲洗至pH值7.8 ;
[0070]E.将步骤D所得坚果壳颗粒在45摄氏度下烘干18h即可得载纳米氧化铁的复合吸附剂。
[0071]该发明制备的复合吸附剂粒径约为0.1-1.0mm,比表面积约10m2/g，水合氧化铁的负载量(以铁计)约81mg/g坚果壳。将2g复合吸附剂或坚果壳颗粒投入到20L重金属污染水中不断搅拌，水中Pb2+浓度20mg/L，Cd2+浓度10mg/L，Cu2+浓度10mg/L，Ca2+浓度500mg/L, Mg2+浓度600mg/L，Na+浓度800mg/L，并每隔I分钟检测一次水体中重金属的浓度，直至浓度不变。结果显示，复合材料对Pb2+、Cd2+、Cu2+的吸附容量分别为147，80，85mg/g,吸附饱和时间分别为17，27, 36分钟,分配系数分别为55，41, 50L/g,相较于未改性的坚果壳，Pb2+、Cd2+、Cu2+的吸附容量分别提升了 4.3、3.0、3.5倍，吸附速度分别提高了 3.0、2.8、3.1倍，分配系数分别提高了 38、23、30倍。
[0072]实施例8
[0073]A.将270g FeCl3.6Η20溶于IL水中，得到Fe(III)溶液，其中Fe(III)的浓度为lmol/L ；
[0074]B.将10g锯末颗粒置于吸附柱内，将Fe (III)溶液在35摄氏度下以0.5BV/h的速度缓慢通过吸附柱，直至Fe(III)溶液完全通过，Fe(III)会被充分交换到锯末颗粒表面；
[0075]C.将步骤B所得的载Fe (III)锯末颗粒倒出并在45摄氏度下烘干2h，然后加入到含有3.5% NaOH和3.8% NaCl的混合溶液中，并在20摄氏度下震荡15h ；
[0076]D.滤出步骤C所得锯末颗粒，先用0.001M HCl冲洗至pH 4_5，接着用蒸馏水冲洗至pH值7.9 ;
[0077]E.将步骤D所得锯末颗粒在35摄氏度下烘干20h即可得载纳米氧化铁的复合吸附剂。
[0078]该发明制备的复合吸附剂粒径约为0.1-1.0mm,比表面积约6m2/g，水合氧化铁的负载量(以铁计)约32mg/g锯末。将4g复合吸附剂或锯末颗粒投入到20L重金属污染水中不断搅拌，水中Pb2+浓度20mg/L，Cd2+浓度10mg/L，Cu2+浓度10mg/L，Ca2+浓度500mg/L, Mg2+浓度600mg/L，Na+浓度800mg/L，并每隔I分钟检测一次水体中重金属的浓度，直至浓度不变。结果显示，复合材料对Pb2+、Cd2+、Cu2+的吸附容量分别为56，34，28mg/g,吸附饱和时间分别为30，45，50分钟，分配系数分别为44，35，32L/g,相较于未改性的锯末，Pb2+、Cd2+Xu2+的吸附容量分别提升了 3.1,2.0、1.8倍，吸附速度分别提高了 3.1,2.5、2.3倍，分配系数分别提高了 30、15、21倍。
[0079]实施例9
[0080]A.将 606g Fe(NO3)3.9Η20 溶于 IL 水中，得到 Fe(III)溶液，其中 Fe(III)的浓度为 1.5mol/L ；
[0081]B.将80g锯末颗粒置于吸附柱内，将Fe (III)溶液在45摄氏度下以1.5BV/h的速度缓慢通过吸附柱，直至Fe (III)溶液完全通过，Fe(III)会被充分交换到锯末颗粒表面；
[0082]C.将步骤B所得的载Fe (III)锯末颗粒倒出并在60摄氏度下烘干2h，然后加入到含有4.1% NaOH和3.9% NaCl的混合溶液中，并在25摄氏度下震荡13h ；
[0083]D.滤出步骤C所得锯末颗粒，先用0.0OlM HCl冲洗至pH 4_5，接着用蒸馏水冲洗至pH值7.6 ;
[0084]E.将步骤D所得锯末颗粒在45摄氏度下烘干19h即可得载纳米氧化铁的复合吸附剂。
[0085]该发明制备的复合吸附剂粒径约为0.1-1.0mm,比表面积约8.2m2/g，水合氧化铁的负载量(以铁计)约45mg/g锯末。将4g复合吸附剂或锯末颗粒投入到20L重金属污染水中不断搅拌，水中Pb2+浓度20mg/L，Cd2+浓度10mg/L，Cu2+浓度10mg/L，Ca2+浓度500mg/L, Mg2+浓度600mg/L，Na+浓度800mg/L，并每隔I分钟检测一次水体中重金属的浓度，直至浓度不变。结果显示，复合材料对Pb2+、Cd2+、Cu2+的吸附容量分别为78，46，40mg/g,吸附饱和时间分别为30，41，55分钟，分配系数分别为51，50，40L/g,相较于未改性的锯末，Pb2+、Cd2+Xu2+的吸附容量分别提升了 4.3,2.7,2.6倍，吸附速度分别提高了 3.2,2.7,2.1倍，分配系数分别提高了 35、22、26倍。
[0086]实施例10
[0087]A.将800g Fe2(SO4)3溶于IL水中，得到Fe(III)溶液，其中Fe(III)的浓度为
2.0mol/L ；
[0088]B.将50g锯末颗粒置于吸附柱内，将Fe (III)溶液在35摄氏度下以1.8BV/h的速度缓慢通过吸附柱，直至Fe (III)溶液完全通过，Fe(III)会被充分交换到锯末颗粒表面；
[0089]C.将步骤B所得的载Fe (III)锯末颗粒倒出并在50摄氏度下烘干2h，然后加入到含有4.5% NaOH和4.5% NaCl的混合溶液中，并在25摄氏度下震荡13h ；
[0090]D.滤出步骤C所得锯末颗粒，先用0.0OlM HCl冲洗至pH 4_5，接着用蒸馏水冲洗至pH值6.2 ;
[0091]E.将步骤D所得锯末颗粒在50摄氏度下烘干15h即可得载纳米氧化铁的复合吸附剂。
[0092]该发明制备的复合吸附剂粒径约为0.1-1.0mm,比表面积约7.5m2/g,水合氧化铁的负载量(以铁计)约62mg/g锯末。将4g复合吸附剂或锯末颗粒投入到20L重金属污染水中不断搅拌，水中Pb2+浓度20mg/L，Cd2+浓度10mg/L，Cu2+浓度10mg/L，Ca2+浓度500mg/L, Mg2+浓度600mg/L，Na+浓度800mg/L，并每隔I分钟检测一次水体中重金属的浓度，直至浓度不变。结果显示，复合材料对Pb2+、Cd2+、Cu2+的吸附容量分别为65，39，34mg/g,吸附饱和时间分别为32，46，58分钟，分配系数分别为53，47，38L/g,相较于未改性的锯末，Pb2+、Cd2+Xu2+的吸附容量分别提升了 3.6,2.3、2.2倍，吸附速度分别提高了 3.0,2.6、2.0倍，分配系数分别提高了 36、20、25倍。
[0093]实施例11
[0094]A.将270g FeCl3.6Η20溶于IL水中，得到Fe(III)溶液，其中Fe(III)的浓度为lmol/L ；
[0095]B.将10g农作物秸杆(大豆秸杆)颗粒置于吸附柱内，将Fe (III)溶液在35摄氏度下以1.2BV/h的速度缓慢通过吸附柱，直至Fe (III)溶液完全通过，Fe(III)会被充分交换到农作物秸杆颗粒表面；
[0096]C.将步骤B所得的载Fe (III)秸杆颗粒倒出并在55摄氏度下烘干2h，然后加入到含有3.8% NaOH和4.2% NaCl的混合溶液中，并在30摄氏度下震荡15h ；
[0097]D.滤出步骤C所得农作物秸杆颗粒，先用0.0OlM HCl冲洗至pH 4_5，接着用蒸馏水冲洗至pH值7.7 ;
[0098]E.将步骤D所得农作物秸杆颗粒在60摄氏度下烘干12h即可得载纳米氧化铁的复合吸附剂。
[0099]该发明制备的复合吸附剂粒径约为0.1-1.0mm,比表面积约5.5m2/g，水合氧化铁的负载量(以铁计)约28mg/g秸杆。将4g复合吸附剂或秸杆颗粒投入到20L重金属污染水中不断搅拌，水中Pb2+浓度20mg/L，Cd2+浓度10mg/L，Cu2+浓度10mg/L，Ca2+浓度500mg/L, Mg2+浓度600mg/L，Na+浓度800mg/L，并每隔I分钟检测一次水体中重金属的浓度，直至浓度不变。结果显示，复合材料对Pb2+、Cd2+、Cu2+的吸附容量分别为42，27，21mg/g,吸附饱和时间分别为32，44，38分钟，分配系数分别为38，31，27L/g,相较于未改性的农作物秸杆，Pb2+、Cd2+、Cu2+的吸附容量分别提升了 1.6、1.3、1.6倍，吸附速度分别提高了 2.0、1.6、1.5倍，分配系数分别提高了 28、15、18倍。
[0100]实施例12
[0101]A.将600g Fe2(SO4)3溶于IL水中，得到Fe(III)溶液，其中Fe(III)的浓度为1.5mol/L ；
[0102]B.将50g农作物秸杆颗粒(小麦秸杆)置于吸附柱内，将Fe (III)溶液在35摄氏度下以1.2BV/h的速度缓慢通过吸附柱，直至Fe (III)溶液完全通过，Fe(III)会被充分交换到农作物秸杆颗粒表面；
[0103]C.将步骤B所得的载Fe (III)秸杆颗粒倒出并在45摄氏度下烘干2h，然后加入到含有3.2% NaOH和4.0% NaCl的混合溶液中，并在30摄氏度下震荡15h ；
[0104]D.滤出步骤C所得农作物秸杆颗粒，先用0.0OlM HCl冲洗至pH 4_5，接着用蒸馏水冲洗至pH值6.8 ;
[0105]E.将步骤D所得农作物秸杆颗粒在60摄氏度下烘干12h即可得载纳米氧化铁的复合吸附剂。
[0106]该发明制备的复合吸附剂粒径约为0.1-1.0mm,比表面积约6.8m2/g,水合氧化铁的负载量(以铁计)约36mg/g秸杆。将4g复合吸附剂或秸杆颗粒投入到20L重金属污染水中不断搅拌，水中Pb2+浓度20mg/L，Cd2+浓度10mg/L，Cu2+浓度10mg/L，Ca2+浓度500mg/L, Mg2+浓度600mg/L，Na+浓度800mg/L，并每隔I分钟检测一次水体中重金属的浓度，直至浓度不变。结果显示，复合材料对Pb2+、Cd2+、Cu2+的吸附容量分别为55，35，24mg/g,吸附饱和时间分别为27，39，36分钟，分配系数分别为41，33，32L/g,相较于未改性的农作物秸杆，Pb2+、Cd2+、Cu2+的吸附容量分别提升了 2.1、1.7、1.8倍，吸附速度分别提高了 2.5、1.8、1.6倍，分配系数分别提高了 30、16、21倍。
[0107]实施例13
[0108]A.将 808g Fe(NO3)3.9Η20 溶于 IL 水中，得到 Fe(III)溶液，其中 Fe(III)的浓度为 2.0mol/L ；
[0109]B.将60g农作物秸杆颗粒(水稻秸杆)置于吸附柱内，将Fe (III)溶液在35摄氏度下以1.2BV/h的速度缓慢通过吸附柱，直至Fe (III)溶液完全通过，Fe(III)会被充分交换到农作物秸杆表面；
[0110]C.将步骤B所得的载Fe(III)秸杆颗粒倒出并在60摄氏度下烘干2h，然后加入到含有4.2% NaOH和4.5% NaCl的混合溶液中，并在30摄氏度下震荡15h ；
[0111]D.滤出步骤C所得农作物秸杆颗粒，先用0.0OlM HCl冲洗至pH 4_5，接着用蒸馏水冲洗至pH值7.2 ;
[0112]E.将步骤D所得农作物秸杆颗粒在60摄氏度下烘干12h即可得载纳米氧化铁的复合吸附剂。
[0113]该发明制备的复合吸附剂粒径约为0.1-1.0mm,比表面积约6.8m2/g，水合氧化铁的负载量(以铁计)约49mg/g秸杆。将4g复合吸附剂或秸杆颗粒投入到20L重金属污染水中不断搅拌，水中Pb2+浓度20mg/L，Cd2+浓度10mg/L，Cu2+浓度10mg/L，Ca2+浓度500mg/L, Mg2+浓度600mg/L，Na+浓度800mg/L，并每隔I分钟检测一次水体中重金属的浓度，直至浓度不变。结果显示，复合材料对Pb2+、Cd2+、Cu2+的吸附容量分别为53，31，21mg/g,吸附饱和时间分别为32，54，47分钟，分配系数分别为38，35，30L/g,相较于未改性的农作物秸杆，Pb2+、Cd2+、Cu2+的吸附容量分别提升了 2.0、1.5、1.6倍，吸附速度分别提高了 2.0、1.3、
1.2倍，分配系数分别提高了 28、17、20倍。
【权利要求】
1.一种大幅提高废弃生物质吸附重金属的复合生物吸附剂，其特征在于，所述生物吸附剂组分包括农作物或木材废弃物制成的颗粒以及负载于颗粒表面的纳米水合氧化铁，所述水合氧化铁的负载量以铁计为10-100mg/g。
2.根据权利要求1所述的一种大幅提高废弃生物质吸附重金属的复合生物吸附剂，其特征在于，所述农作物或木材废弃物颗粒选自玉米棒、坚果壳、锯末、农作物秸杆中的任意一种或一种以上任意组合。
3.根据权利要求1所述的一种大幅提高废弃生物质吸附重金属的复合生物吸附剂，其特征在于，所述的粒径为0.1-1.0mm,比表面积为5_15m2/g。
4.一种大幅提高废弃生物质吸附重金属的复合生物吸附剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤: A.将水溶性的Fe(III)盐溶于蒸馏水中得到Fe(III)溶液，所述Fe(III)溶液的浓度为 0.5-2mol/L ； B.使Fe(III)溶液在15-60摄氏度下缓慢通过装有颗粒态的农作物废弃物或木材废弃物的吸附柱，并使固体颗粒与Fe (III)溶液充分接触； C.将步骤B所得农业废弃物颗粒倒出并在40-60摄氏度下烘干2h，随后加入到质量分数分别为3% -5% NaOH和NaCl的混合溶液中，并在15-60摄氏度下震荡12_24h ； D.滤出步骤C所得废弃物颗粒，先用0.0OlM HCl冲洗至pH 4_5，接着用蒸馏水冲洗至pH 值 6-8 ； E.将步骤D所得废弃物颗粒于40-60摄氏度下烘干12-24h即得负载纳米氧化铁的复合生物吸附剂。
5.根据权利要求4所述的一种大幅提高废弃生物质吸附重金属的复合生物吸附剂的制备方法，其特征在于步骤A中可溶性Fe (III)盐可为FeCl3、Fe (NO3) 3、Fe2 (SO4)3中的任意一种或一种以上任意组合。
6.根据权利要求4所述的一种大幅提高废弃生物质吸附重金属的复合生物吸附剂的制备方法，其特征在所述步骤B中Fe(III)溶液的流速为0.5-2BV/h，所述农作物或木材废弃物颗粒选自玉米棒、坚果壳、锯末、农作物秸杆中的任意一种，所述农作物或木材废弃物颗粒粒径为0.1-1.0_。
【文档编号】C02F1/28GK104138748SQ201410387120
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年8月7日 优先权日:2014年8月7日
【发明者】万顺利, 马钊钊, 薛瑶, 徐圣友, 钱丽萍, 马明海 申请人:黄山学院