一种去除废水中铅离子的麦秸秆改性材料的制备方法
【专利摘要】本发明属于水处理材料领域，涉及一种去除废水中铅离子的麦秸秆改性材料的制备方法。本发明提出的制备方法是将麦秸秆改性，具体工艺包括麦秸秆洗净、粉碎、纤维素酶处理以及甲壳素改性等。本发明制备的麦秸秆改性材料具有以下优点：（1）不涉及化学改性，工艺过程绿色、环保；（2）制备的麦秸秆改性材料纯天然，可降解；（3）对废水溶液中铅离子的吸附能力强，每克麦秸秆改性材料可吸附820毫克的铅离子，是常规化学改性麦秸秆材料的5～8倍。本发明制备的麦秸秆改性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。
【专利说明】一种去除废水中铅离子的麦秸秆改性材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于水处理材料【技术领域】，具体涉及一种去除废水中铅离子的麦秸杆改性材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]将麦秸杆用于含铅废水的处理，主要有以下几种方法(Bioresourcee (2)(2011)2161-2287 ；Bioresource Technologyl04 (2012) 807 - 809): (I)将麦秸杆粉碎，与膨润土等混合，制成颗粒状水处理复合材料，这种方法成本低，但铅离子吸附能力低，吸附饱和后不能循环再利用，造成固体废弃物二次污染；(2)将麦秸杆粉碎，用酸或碱对秸杆进行处理，破坏秸杆表面的二氧化硅层及蜡状物，提高秸杆的比表面积，从而提高秸杆的铅离子吸附能力，这种方法的缺点在于酸或碱处理工艺带来环境污染，废水分离净化不易，铅离子吸附能力未达到商用化水平；(3)将麦秸杆粉碎，用酒石酸、柠檬酸等有机酸对秸杆进行改性(Bioresource Technology99 (2008) 6709 - 6724),在稻杆表面嫁接羧基，通过羧基对铅离子的化学吸附，大幅度提高秸杆对铅离子的吸附能力，通常能达到100?200毫克(铅离子)/克(麦秸杆)，从而极大降低了含铅废水的处理成本，这种方法的缺点在于有机酸处理效率较低，酸与秸杆的重量比为0.5?1，过量的酸破坏秸杆的结构，生成大量有机残渣，同样增加了环境压力。
[0004]本发明的创新性在于:(1)率先对麦秸杆进行纤维素酶处理，提高了麦秸杆的比表面积，酶处理后的溶液的主要成分是多糖，是经济价值较高的工业原料，是环境友好型工艺；(2)改性试剂为甲壳素，是一种天然有机物，所制备的麦秸杆改性材料绿色、天然，可用于饮用水的净化，从而扩展了麦秸杆改性材料的应用领域；(3)制备的麦秸杆改性材料对铅离子的吸附量达820mg/g，即每克麦秸杆可吸附820mg的铅离子，是常规麦秸杆改性材料的5?8倍；(4)将吸附铅离子的麦秸杆改性材料用稀醋酸解吸附，再进行“吸附-解吸附”工艺，可反复循环使用10次，进一步降低了麦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，涉及一种去除废水中铅离子的麦秸杆改性材料的制备方法。本发明提出的制备方法是将麦秸杆改性，具体工艺包括麦秸杆洗净、粉碎、纤维素酶处理以及甲壳素改性等。本发明制备的麦秸杆改性材料具有以下优点:(1)不涉及化学改性，工艺过程绿色、环保；(2)制备的麦秸杆改性材料纯天然，可降解；(3)对废水溶液中铅离子的吸附能力强，每克麦秸杆改性材料可吸附820mg的铅离子，是常规化学改性麦秸杆材料的5?8倍。本发明制备的麦秸杆改性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。
[0006]本发明提出的去除废水中铅离子的麦秸杆改性材料的制备方法，其特征在于:
[0007]I)清洁麦秸杆:将麦秸杆漂洗、烘干；
[0008]2)麦秸杆粉碎:将清洁后的麦秸杆置于粉碎机中，粉碎成粒径为20?100目的颗粒;
[0009]3)纤维素酶处理:将粉碎后的麦秸杆置于纤维素酶溶液中I?3小时，取出，用去离子水洗净，干燥，得酶处理的麦秸杆。其中纤维素酶的活力为1000U/g，纤维素酶溶液的溶质为去离子水，质量浓度为1%?5%，每克麦秸杆施入纤维素酶按活力计为I?50U/g ；
[0010]4)甲壳素改性:将酶处理的麦秸杆置于甲壳素溶液中10?30分钟，取出，置于干燥箱中，于60?80°C干燥3?6小时，冷却，用去离子水洗净，干燥，得麦秸杆改性材料。其中，甲壳素溶液的溶剂为去离子水、甲醇、乙醇、异丙醇、四氢呋喃之一种，质量浓度为
0.1% ?5%。
[0011]将麦秸杆改性材料置于含铅废水中，调节溶液pH值为5?6，于20°C吸附4小时，废水中铅离子的浓度为100?2000mg/L，吸附完毕，过滤，通过检测溶液中残留铅离子量，得出麦秸杆改性材料的铅离子吸附量。
[0012]将吸附铅离子的麦秸杆改性材料置于浓度为0.1M的醋酸溶液中0.5小时，过滤，洗净，烘干，完成解吸附工艺，得再生的麦秸杆改性材料；将上述再生材料置于含铅废水中，进行铅离子吸附。如此多个循环，直至麦秸杆改性材料的铅离子吸附量小于初次吸附量的80%。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为麦稻杆改性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]将麦秸杆收割，用自来水洗净，烘干，将清洁后的麦秸杆置于粉碎机中，粉碎成粒径为20?100目的颗粒，将粉碎后的麦秸杆置于浓度为1%的纤维素酶水溶液中I小时，纤维素酶的活力为ιοοου/g，每克麦秸杆施入纤维素酶按活力计为lU/g，取出，用去离子水洗净，干燥，得酶处理的麦秸杆。
[0017]将酶处理的麦秸杆置于0.1%的甲壳素水溶液中10分钟，取出，置于干燥箱中，于60°C干燥3小时，冷却，用去离子水洗净，干燥，得麦秸杆改性材料。
[0018]将0.03g麦秸杆改性材料置于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100?2000mg/L，吸附完毕，过滤，通过检测溶液中残留铅离子量，得出麦秸杆改性材料的铅离子吸附量为789mg/g，即每克麦秸杆改性材料可吸附789mg铅离子。
[0019]将吸附铅离子的麦秸杆改性材料置于浓度为0.1M的醋酸溶液中0.5小时，过滤，洗净，烘干，完成解吸附工艺，得再生的麦秸杆改性材料；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，麦秸杆改性材料的铅离子吸附量仍达670mg/g，大于初次吸附量的80%。
[0020]实施例2
[0021]将麦秸杆收割，用自来水洗净，烘干，将清洁后的麦秸杆置于粉碎机中，粉碎成粒径为20?100目的颗粒，将粉碎后的麦秸杆置于浓度为5%的纤维素酶水溶液中3小时，纤维素酶的活力为1000U/g，每克麦秸杆施入纤维素酶按活力计为50U/g，取出，用去离子水洗净，干燥，得酶处理的麦秸杆。
[0022]将酶处理的麦秸杆置于5%的甲壳素甲醇溶液中30分钟，取出，置于干燥箱中，于80°C干燥6小时，冷却，用去离子水洗净，干燥，得麦秸杆改性材料。
[0023]将0.03g麦秸杆改性材料置于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100?2000mg/L，吸附完毕，过滤，通过检测溶液中残留铅离子量，得出麦秸杆改性材料的铅离子吸附量为820mg/g，即每克麦秸杆改性材料可吸附820mg铅离子。
[0024]将吸附铅离子的麦秸杆改性材料置于浓度为0.1M的醋酸溶液中0.5小时，过滤，洗净，烘干，完成解吸附工艺，得再生的麦秸杆改性材料；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，麦秸杆改性材料的铅离子吸附量仍达720mg/g，大于初次吸附量的80%。
[0025]实施例3
[0026]将麦秸杆收割，用自来水洗净，烘干，将清洁后的麦秸杆置于粉碎机中，粉碎成粒径为20?100目的颗粒，将粉碎后的麦秸杆置于浓度为3%的纤维素酶水溶液中2小时，纤维素酶的活力为1000U/g，每克麦秸杆施入纤维素酶按活力计为20U/g，取出，用去离子水洗净，干燥，得酶处理的麦秸杆。
[0027]将酶处理的麦秸杆置于1%的甲壳素乙醇溶液中20分钟，取出，置于干燥箱中，于70°C干燥2小时，冷却，用去离子水洗净，干燥，得麦秸杆改性材料。
[0028]将0.03g麦秸杆改性材料置于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100?2000mg/L，吸附完毕，过滤，通过检测溶液中残留铅离子量，得出麦秸杆改性材料的铅离子吸附量为813mg/g，即每克麦秸杆改性材料可吸附813mg铅离子。
[0029]将吸附铅离子的麦秸杆改性材料置于浓度为0.1M的醋酸溶液中0.5小时，过滤，洗净，烘干，完成解吸附工艺，得再生的麦秸杆改性材料；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，麦秸杆改性材料的铅离子吸附量仍达683mg/g，大于初次吸附量的80%。
[0030]实施例4
[0031]将麦秸杆收割，用自来水洗净，烘干，将清洁后的麦秸杆置于粉碎机中，粉碎成粒径为20?100目的颗粒，将粉碎后的麦秸杆置于浓度为4%的纤维素酶水溶液中3小时，纤维素酶的活力为?οοου/g，每克麦秸杆施入纤维素酶按活力计为40U/g，取出，用去离子水洗净，干燥，得酶处理的麦秸杆。
[0032]将酶处理的麦秸杆置于3%的甲壳素异丙醇溶液中25分钟，取出，置于干燥箱中，于65°C干燥1.5小时，冷却，用去离子水洗净，干燥，得麦秸杆改性材料。
[0033]将0.03g麦秸杆改性材料置于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100?2000mg/L，吸附完毕，过滤，通过检测溶液中残留铅离子量，得出麦秸杆改性材料的铅离子吸附量为816mg/g，即每克麦秸杆改性材料可吸附816mg铅离子。
[0034]将吸附铅离子的麦秸杆改性材料置于浓度为0.1M的醋酸溶液中0.5小时，过滤，洗净，烘干，完成解吸附工艺，得再生的麦秸杆改性材料；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，麦秸杆改性材料的铅离子吸附量仍达698mg/g，大于初次吸附量的80%。
[0035]实施例5
[0036]将麦秸杆收割，用自来水洗净，烘干，将清洁后的麦秸杆置于粉碎机中，粉碎成粒径为20?100目的颗粒，将 粉碎后的麦秸杆置于浓度为1%的纤维素酶水溶液中3小时，纤维素酶的活力为1000U/g，每克麦秸杆施入纤维素酶按活力计为10U/g，取出，用去离子水洗净，干燥，得酶处理的麦秸杆。
[0037]将酶处理的麦秸杆置于0.5%的甲壳素四氢呋喃溶液中30分钟，取出，置于干燥箱中，于80°C干燥3小时，冷却，用去离子水洗净，干燥，得麦秸杆改性材料。
[0038]将0.03g麦秸杆改性材料置于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100?2000mg/L，吸附完毕，过滤，通过检测溶液中残留铅离子量，得出麦秸杆改性材料的铅离子吸附量为819mg/g，即每克麦秸杆改性材料可吸附819mg铅离子。
[0039]将吸附铅离子的麦秸杆改性材料置于浓度为0.1M的醋酸溶液中0.5小时，过滤，洗净，烘干，完成解吸附工艺，得再生的麦秸杆改性材料；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，麦秸杆改性材料的铅离子吸附量仍达716mg/g，大于初次吸附量的80%。
[0040]实施例6
[0041]将麦秸杆收割，用自来水洗净，烘干，将清洁后的麦秸杆置于粉碎机中，粉碎成粒径为20?100目的颗粒，将粉碎后的麦秸杆置于浓度为4%的纤维素酶水溶液中2小时，纤维素酶的活力为1000U/g，每克麦秸杆施入纤维素酶按活力计为30U/g，取出，用去离子水洗净，干燥，得酶处理的麦秸杆。
[0042]将酶处理的麦秸杆置于3%的甲壳素乙醇溶液中20分钟，取出，置于干燥箱中，于70°C干燥3小时，冷却，用去离子水洗净，干燥，得麦秸杆改性材料。
[0043]将0.03g麦秸杆改性材料置于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100?2000mg/L，吸附完毕，过滤，通过检测溶液中残留铅离子量，得出麦秸杆改性材料的铅离子吸附量为780mg/g，即每克麦秸杆改性材料可吸附780mg铅离子。
[0044]将吸附铅离子的麦秸杆改性材料置于浓度为0.1M的醋酸溶液中0.5小时，过滤，洗净，烘干，完成解吸附工艺，得再生的麦秸杆改性材料；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，麦秸杆改性材料的铅离子吸附量仍达703mg/g，大于初次吸附量的80%。
【权利要求】
1.一种去除废水中铅离子的麦秸杆改性材料的制备方法，其特征在于: 1)清洁麦秸杆:将麦秸杆漂洗、烘干； 2)麦秸杆粉碎:将清洁后的麦秸杆置于粉碎机中，粉碎成粒径为20?100目的颗粒； 3)纤维素酶处理:将粉碎后的麦秸杆置于纤维素酶溶液中I?3小时，取出，用去离子水洗净，干燥，得酶处理的麦秸杆；其中纤维素酶的活力为1000U/g，纤维素酶溶液的溶质为去离子水，质量浓度为1%?5%，每克麦秸杆施入纤维素酶按活力计为I?50U/g ； 4)甲壳素改性:将酶处理的麦秸杆置于甲壳素溶液中10?30分钟，取出，置于干燥箱中，于60?80°C干燥3?6小时，冷却，用去离子水洗净，干燥，得麦秸杆改性材料；其中，甲壳素溶液的溶剂为去离子水、甲醇、乙醇、异丙醇、四氢呋喃之一种，质量浓度为0.1%?5%。
【文档编号】B01J20/30GK103433011SQ201310366732
【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