一种生物吸附剂的用途
【专利摘要】一种生物吸附剂的用途，涉及生物吸附剂在制备重金属和染料废水生物吸附剂中的用途。所述生物吸附剂的制备方法：将生物质原材料洗净、烘干、粉碎过筛，得到生物质粉末；将柠檬酸溶液与生物质粉末混合浸渍、加热搅拌得到固液混合物；将所得固液混合物抽滤，收集滤液；将滤液与壳聚糖混合，加热搅拌，调节pH值为8～10，析出固体物，继续搅拌，然后冷却，抽滤，洗涤至中性，得到中性滤渣；将中性滤渣烘干、粉碎，即得到所述生物吸附剂。所述生物吸附剂可在制备重金属和染料废水生物吸附剂中的应用。操作简单，适应范围广，多种农林废弃物类生物质的酸处理废液均可采用该法来制备对重金属和染料废水的有效廉价的吸附剂。
【专利说明】一种生物吸附剂的用途
【技术领域】
[0001]本发明涉及生物吸附剂，尤其是涉及一种生物吸附剂在制备重金属和染料废水生物吸附剂中的用途。
【背景技术】
[0002]20世纪以来，随着现代工业的发展，重金属和染料对水资源的污染已成为亟待解决的重大环境问题。天然水体中重金属含量很少，受污染水中的重金属主要来自采矿、电镀、化工等工业部门。过量重金属在人体体内积累，会引起呕吐、头痛、眩晕、呼吸困难甚至生命危险；过量重金属还会危害多数植物的正常生长，破坏水生动物的渗透调节。据估计，全世界每年染料加工过程中有4?8万吨染料作为废水排入江湖、大海和地面水中，染料废水具有COD高、成分复杂、难降解等特点，致癌性高。
[0003]目前，重金属废水处理技术主要有化学沉淀法、电解法、离子交换法、膜分离法等；染料废水处理方法主要有絮凝法、氧化法、生物处理法、膜分离法等。然而，这些方法处理低质量浓度的重金属或染料废水的效率较低、处理成本较高，且易造成更难处理的二次污染。基于此，吸附法以其高效率、低成本的优势而成为研宄热点。
[0004]凡具有吸附能力的生物体或其衍生物都称为生物吸附剂。由于生物质具有来源丰富、数量巨大、可再生和再生周期短、活性基团丰富等优点，近年来已被广泛用于重金属和染料废水的处理。近年来，生物吸附剂在废水处理方面得到越来越广泛的应用，为使生物质吸附法更加高效，对生物质原料进行化学或物理改性成为研宄人员的广泛选择。
[0005]柠檬酸是一种三羧酸类化合物，性质优良、廉价易得，使得其已经成为研制新型高效吸附剂的常用化学改性剂，可有效提高生物吸附剂对重金属离子和染料分子的吸附效果(①唐文清，曾荣英，冯泳兰，伍伟，王雪新，李小明.柠檬酸改性柚子皮纤维素对废水中铜离子的吸附[J].过程工程学报，2012，12 (5):776-780.②李逢雨，陈金毅，余训民，李庆新，唐爱林，王勇，龙航.一种柠檬酸修饰油菜秸杆吸附剂的制备方法及应用:中国，102266756A[P].2011-12-07.)。柠檬酸对生物质的化学改性方法一般经过固液接触、过滤、干燥等处理得到改性生物吸附剂，但对于改性后的滤液一般没有进行充分利用，至今尚未见对生物质改性后滤液进行利用的相关文献报道。
[0006]壳聚糖是由自然界广泛存在的几丁质经过脱乙酰作用得到的生物质，不溶于水而易溶于酸，这种天然高分子具有良好的生物相容性、可降解性等特点，且结构富含氨基和羟基，对于重金属离子和染料分子具有一定的捕捉能力，这些性能能使其成为在水处理、金属提取及回收、生化和生物医学工程等诸多领域争相研宄的对象。
【发明内容】
[0007]本发明的目的旨在提供一种生物吸附剂在制备重金属和染料废水生物吸附剂中的用途。
[0008]所述生物吸附剂由以下方法制备:
[0009]I)将生物质原材料洗净、烘干、粉碎过筛，得到生物质粉末；
[0010]2)将柠檬酸溶液与生物质粉末混合浸渍、加热搅拌得到固液混合物；
[0011]3)将步骤2)所得固液混合物抽滤，收集滤液；
[0012]4)将步骤3)所得的滤液与壳聚糖混合，加热搅拌，调节pH值为8?10，析出固体物，继续搅拌，然后冷却，抽滤，洗涤至中性，得到中性滤渣；
[0013]5)将步骤4)所得的中性滤渣烘干、粉碎，即得到所述生物吸附剂。
[0014]在步骤I)中，所述筛的目数可为60?200目，所述生物质可为茶渣、笋壳、柑橘皮渣等中的至少一种。
[0015]在步骤2)中，所述柠檬酸溶液的摩尔浓度可为0.1?1.0mol/L,所述生物质粉末与柠檬酸溶液的固液比可为Ig: (50?100)mL ;所述浸渍的时间可为6?24h ;所述加热的温度可为80?120°C，加热的时间可为3?4h。
[0016]在步骤4)中，所述壳聚糖与滤液的固液比可为Ig: (50?100)mL ;所述加热的温度可为50?80°C ;所述洗涤可采用去离子水洗涤。
[0017]在步骤5)中，所述烘干的温度可为50?80°C。
[0018]所述生物吸附剂可在制备重金属和染料废水生物吸附剂中的应用。
[0019]与现有技术比较，本发明具有如下突出优点:
[0020]本发明对柠檬酸改性生物质产生的滤液进行利用，为生物质改性产生的滤液的使用提供了有效的方法，使得农林废弃物等生物质资源化利用更为充分。所制备的吸附剂对重金属离子及染料分子具有良好的吸附性能。本发明也可用于其它酸改性生物质产生的滤液的资源化利用。
[0021]将酸改性生物质所废弃的滤液进行充分利用，且与壳聚糖复合后的溶剂仍可循环使用，减少了溶剂的浪费。
[0022]壳聚糖与废弃滤液中的成分复合后相比于纯壳聚糖吸附剂，其对废水的处理效果有明显的提高，是一种廉价、有效的新型吸附剂制备方法。
[0023]本发明操作简单，适应范围广，多种农林废弃物类生物质的酸处理废液均可采用该法来制备对重金属和染料废水的有效廉价的吸附剂。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为实施例1制备的生物吸附剂的扫描电镜图。
[0025]图2为实施例2制备的生物吸附剂的扫描电镜图。
[0026]图3为与柠檬酸改性生物质滤液共混复合所用的壳聚糖的扫描电镜图。
[0027]图4为实施例4的Cu2+吸附曲线图，横坐标为吸附时间(min)，纵坐标为吸附容量
(mg/g) ο
[0028]图5为实施例5的Cu2+吸附曲线图，横坐标为吸附时间(min)，纵坐标为吸附容量(mg/g) ο
[0029]图6为实施例6的酸性品红吸附曲线图，横坐标为吸附时间(min)，纵坐标为吸附容量(mg/g) ο
[0030]图7为实施例7的平衡吸附容量对比图。
【具体实施方式】
[0031]下面通过实施例对本发明作进一步的说明。
[0032]实施例1
[0033]将饮料生产工厂废弃的茶渣回收，于热开水中洗涤后在80°C烘箱中烘干至恒重，随后粉碎、过筛。取60?200目茶渣粉末，加入到0.lmol/L柠檬酸溶液中，固液比为l:50(g:mL)，浸渍24h后在持续搅拌条件下升温至120°C，并持续90min，自然冷却至室温，抽滤所得滤液即为柠檬酸改性茶渣产生的滤液。
[0034]取上述滤液300mL，加入3.(^壳聚糖，在50°0下持续搅拌411，后在搅拌中用Imol/L的NaOH溶液调节pH值至8，后继续搅拌Ih ;自然冷却后过滤、洗涤，所得固体颗粒于50°C烘箱烘干、粉碎，即制成所述生物吸附剂。
[0035]图1为本实施例1制备的生物吸附剂的扫描电镜图，图3为与柠檬酸改性生物质滤液共混复合所用的壳聚糖的扫描电镜图。与图3对比可看出，壳聚糖与滤液有效成分复合后表面更为粗糙，具有更多多空隙结构，是结构性能较好的吸附剂。
[0036]实施例2
[0037]将笋加工厂废弃的笋壳回收，洗涤去除其表面粉尘后于80°C烘箱中烘干至恒重，随后粉碎、过筛。取40?200目笋壳粉末，加入到0.5mol/L柠檬酸溶液中，固液比为1:100，浸渍6h后在持续搅拌条件下升温至80°C，并持续90min，自然冷却至室温，抽滤所得滤液即为朽1檬酸改性舆壳产生的滤液。
[0038]取上述滤液300mL，加入6.0g壳聚糖，在80°C下持续搅拌4h，后在搅拌中用Imol/L的NaOH溶液调节pH值至8，并继续搅拌Ih ;自然冷却后抽滤，用去离子水洗涤至pH恒定，自然冷却后过滤、洗涤，所得固体颗粒于50°C烘箱烘干、粉碎，即制成所述生物吸附剂。
[0039]图2为本实施例2制备的生物吸附剂的扫描电镜图，图3为与柠檬酸改性生物质滤液共混复合所用的壳聚糖的扫描电镜图。与图3对比可知，壳聚糖经过与滤液有效成分复合后表面具有更丰富的褶皱结构，同样是结构性能较好的吸附剂。
[0040]实施例3
[0041]将果胶厂提取果胶后废弃的柑橘类果皮渣回收，洗净后于80°C烘箱中烘干至恒重，随后粉碎、过筛。取40?200目柑橘皮渣粉末，加入到1.0mol/L柠檬酸溶液中，固液比为1:80，浸渍15h后在持续搅拌条件下升温至100°C，并持续90min，自然冷却至室温，抽滤所得滤液即为柠檬酸改性柑橘皮渣产生的滤液。
[0042]取上述滤液300mL，加入4.5g壳聚糖，在60°C下持续搅拌4h，后在搅拌中用Imol/L的NaOH溶液调节pH值至9，后继续搅拌Ih ;自然冷却后过滤、洗涤，所得固体颗粒于50°C烘箱烘干、粉碎，即制成所述生物吸附剂。
[0043]实施例4
[0044]在250mL锥形瓶中各放入实施例1所制备的40?80目生物吸附剂0.lg，加入50.0mL190.65mg/L 的 Cu2+溶液，于 25°C、150r/min 条件下恒温振荡 1、3、5、10、20、30、45、60、90、120、240min，取出过滤，滤液稀释后利用原子吸收分光光度计测定溶液中的Cu2+浓度，从而得出其吸附容量曲线(参见图4)。
[0045]实施例5
[0046]在250mL锥形瓶中各放入实施例2制备的40?80目吸附剂0.1g,加入50.0mL190.65mg/L 的 Cu2+溶液，于 25°C、150r/min 条件下恒温振荡 1、3、5、10、20、30、45、60、90、120、240min，取出过滤，滤液稀释后利用原子吸收分光光度计测定溶液中的Cu2+浓度，从而得出其吸附容量曲线(参见图5)。
[0047]实施例6
[0048]在250mL锥形瓶中各放入实施例2制备的40?80目吸附剂0.1g,加入50.0mL250mg/L的酸性品红溶液，于25°C、150r/min条件下恒温振荡5、10、15、20、30、45、60min，取出过滤，滤液稀释后使用紫外分光光度计测定溶液中的酸性品红浓度，从而得出其吸附容量曲线(参见图6)。
[0049]实施例7
[0050]在3个250mL锥形瓶中分别放入实施例1所制备生物吸附剂、实施例2所制备生物吸附剂以及纯壳聚糖(脱乙酰度为70% )各0.lg，于25°C、150r/min条件下恒温振荡4h，过滤后将滤液稀释，用原子分光光度计测定溶液中Cu2+浓度。结果显示壳聚糖经过与生物质滤液中的成分共混复合后所得吸附剂具有比壳聚糖本身更好的吸附效果(参见图7)。
【权利要求】
1.一种生物吸附剂在制备重金属和染料废水生物吸附剂中的用途，其特征在于所述生物吸附剂由以下方法制备: 1)将生物质原材料洗净、烘干、粉碎过筛，得到生物质粉末； 2)将柠檬酸溶液与生物质粉末混合浸渍、加热搅拌得到固液混合物； 3)将步骤2)所得固液混合物抽滤，收集滤液； 4)将步骤3)所得的滤液与壳聚糖混合，加热搅拌，调节pH值为8?10，析出固体物，继续搅拌，然后冷却，抽滤，洗涤至中性，得到中性滤渣； 5)将步骤4)所得的中性滤渣烘干、粉碎，即得到所述生物吸附剂。
2.如权利要求1所述用途，其特征在于在步骤I)中，所述筛的目数为60?200目。
3.如权利要求1所述用途，其特征在于在步骤I)中，所述生物质为茶渣、笋壳、柑橘皮渣中的至少一种。
4.如权利要求1所述用途，其特征在于在步骤2)中，所述柠檬酸溶液的摩尔浓度为0.1 ?1.0mol/Lo
5.如权利要求1所述用途，其特征在于在步骤2)中，所述生物质粉末与柠檬酸溶液的固液比为Ig: (50?100)mL。
6.如权利要求1所述用途，其特征在于在步骤2)中，所述浸渍的时间为6?24h。
7.如权利要求1所述用途，其特征在于在步骤2)中，所述加热的温度为80?120°C，加热的时间为3?4h。
8.如权利要求1所述用途，其特征在于在步骤4)中，所述壳聚糖与滤液的固液比为Ig: (50 ?100)mL。
9.如权利要求1所述用途，其特征在于在步骤4)中，所述加热的温度为50?80°C;所述洗涤可采用去离子水洗涤。
10.如权利要求1所述用途，其特征在于在步骤5)中，所述烘干的温度为50?80°C。
【文档编号】B01J20/24GK104492392SQ201410830456
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月26日 优先权日:2014年12月26日
【发明者】叶李艺, 周儒森, 罗智明, 王帅, 庄灿峰, 张敬苗 申请人:厦门大学