一种磁性氨基核桃壳生物炭新型吸附剂的制备方法与流程

本发明涉及废水处理技术领域，具体是指一种磁性氨基核桃壳生物炭新型吸附剂的制备方法。

背景技术：

近年来，随着我国经济的快速发展，每年电解、电镀、冶金等行业排放的工业废水中含有大量的镉离子。这些无法有效降解和销毁的重金属污染物一旦排入环境将会成为永久性污染。若水体一旦被重金属镉污染，其含量虽然较低，但污染危害性却非常明显，它可以通过食物链的传递作用，最终进入人体并产生生物放大或生物富集现象，对人类健康和环境造成严重损害。对于水中重金属的去除，目前常用的方法有离子交换，化学沉淀，膜分离，电化学，生物法、吸附等。与其他技术相比，吸附由于其操作简易、经济有效等优点受到了广泛关注。而现有的吸附剂通常存在成本高、可回收利用性能低等缺点，其中原始核桃壳生物炭对重金属离子吸附容量小、再生利用率低，因此有必要探究一种新型吸附剂。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服以上技术缺陷，提供一种磁性氨基核桃壳生物炭新型吸附剂的制备方法，可以解决原始核桃壳生物炭对重金属离子吸附容量小、再生利用率低等问题，该吸附剂既能合理利用资源、降低生产成本，又能高效吸附废水中的镉，同时还可实现吸附剂的回收利用。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种磁性氨基核桃壳生物炭新型吸附剂的制备方法，包括以下制备步骤，

步骤一：选取粒径为0.8-1.2mm的核桃壳，以去离子水洗涤，去除表面杂质，80℃烘干后将其置于600℃、氮气氛围保护下的马弗炉中裂解生成核桃壳生物炭，研磨过80目筛网，记做bc；

步骤二：将1.2g粉末状核桃壳生物炭超声分散在120ml乙二醇中2h，然后将1.32gch3coona和1.25gfecl3·6h2o加入上述溶液中并搅拌30min，再将混合溶液转移到teflon衬里的不锈钢高压釜中并在200℃下加热10h，最后通过离心分离，得到黑色沉淀物，分别用水、乙醇洗涤三次，然后在60℃下真空干燥24h，即可得到负载了磁性纳米fe3o4的核桃壳生物炭，记做mbc；

步骤三：取10ml的hac，加蒸馏水稀释到500ml，得到2％的hac，将2g壳聚糖充分溶解于60ml的上述hac溶液，得所用壳聚糖溶液，之后称取2gmbc超声分散在上述壳聚糖溶液中，量取100ml的0.05mol·l^-1的三聚磷酸钠溶液，用0.1mol·l^-1的hcl调节ph＝8，添加至上述混合物中，并于室温下充分搅拌12h，最后以去离子水清洗数次，直至中性，即可得到壳聚糖稳定的负载了磁性纳米fe3o4的核桃壳生物炭，记为cmbc。

步骤四：改性核桃壳生物炭吸附材料进行吸附处理后，使用解吸剂对吸附剂进行解吸再生。

进一步的，按照质量体积比mbc：壳聚糖：2％乙酸：0.05mol·l^-1三聚磷酸钠＝1:1:30:50。

进一步的，磁性氨基核桃壳生物炭吸附剂粒径为0.8-1.2mm。

进一步的，步骤三中取10ml的hac，加蒸馏水稀释到500ml，得到2％的hac溶液，将2g壳聚糖充分溶解于60ml的上述hac溶液，得所用壳聚糖溶液。

进一步的，步骤四中解吸剂采用0.1mol·l^-1的hcl溶液，浸泡震荡4h，将吸附剂洗至中性，烘干，重复对20mg·l^-1的含cd废水进行吸附处理。

进一步的，所述磁性氨基核桃壳生物炭吸附剂用于重金属废水的处理，包含权利要求1-5任意一项磁性氨基核桃壳生物炭吸附剂的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种化工废水处理工艺，所述化工废水处理工艺包含所述具有高效吸附性能的磁性氨基核桃壳生物炭新型吸附剂的制备方法制备的具有高效吸附性能的磁性氨基核桃壳生物炭新型吸附剂。

本发明的另一目的在于提供一种电镀废水处理工艺，所述电镀废水处理工艺包含所述具有高效吸附性能的磁性氨基核桃壳生物炭新型吸附剂的制备方法制备的具有高效吸附性能的磁性氨基核桃壳生物炭新型吸附剂。

本发明的有益效果为：本发明提供的具有高效吸附性能的磁性核桃壳生物炭新型吸附剂及其制备方法，以核桃壳为原始材料，首先将其高温裂解制成核桃壳生物炭，之后将纳米fe3o4粒子负载其上使之具有磁性，最后将壳聚糖交联在磁性核桃壳生物炭表面，以此制备出一种磁性氨基核桃壳生物炭并达到“以废制废，变废为宝”的效果。木质纤维素废弃物具有来源广泛、价格低廉、再生周期短、可生物降解和环境友好等诸多优点，是重要的生物质资源，并且在环境保护方面的应用已成为目前研究的新趋势，尤其是已成为处理重金属废水的理想选择。磁性核桃壳生物炭新型吸附材料是对天然核桃壳生物炭吸附剂进行化学改性，将纳米fe3o4、氨基官能团引入到核桃壳生物炭表面而制得的新型吸附剂。与天然核桃壳生物炭相比，磁性氨基核桃壳生物炭具有可分离性高、重复利用性高等特点，且吸附容量也得到了大大地提高。因此，在重金属镉污染的废水处理中具有较好的应用前景。本发明制备的吸附剂，在经济方面能够缩减成本，在环保方面能够实现“以废治废”的目的。本发明的制备原料来源广泛，制得的新型吸附剂在重金属废水净化处理中的应用给相关废水处理技术提供了理论依据。

附图说明

图1是本发明制备磁性氨基核桃壳新型吸附剂的制备方法流程图。

图2是本发明实施提供的实施例1吸附剂的xrd图。

图3是本发明实施提供的实施例1吸附剂的扫描电镜图。

图4是本发明实施提供的实施例1吸附剂投加量对cd(ⅱ)的去除效果图。

图5是本发明实施提供的实施例1吸附剂在不同ph下对cd(ⅱ)的去除效果图。

图6是本发明实施提供的实施例1吸附剂在不同离子浓度下对cd(ⅱ)的去除效果图。

图7是本发明实施提供的实施例1吸附剂的再生效果图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，本发明制备具有高效吸附性能的磁性核桃壳生物炭新型吸附剂的制备方法包括以下步骤：

s101：选取粒径为0.8-1.2mm的核桃壳，以去离子水洗涤，去除表面杂质，80℃烘干后将其置于600℃、氮气氛围保护下的马弗炉中裂解生成核桃壳生物炭，研磨过80目筛网，记做bc；

s102：将1.2g粉末状核桃壳生物炭超声分散在120ml乙二醇中2h，然后将1.32gch3coona和1.25gfecl3·6h2o加入上述溶液中并搅拌30min，再将混合溶液转移到teflon衬里的不锈钢高压釜中并在200℃下加热10h，最后通过离心分离，得到黑色沉淀物，分别用水、乙醇洗涤三次，然后在60℃下真空干燥24h，即可得到负载了磁性纳米fe3o4的核桃壳生物炭，记做mbc；

s103：取10ml的hac，加蒸馏水稀释到500ml，得到2％的hac，将2g壳聚糖充分溶解于60ml的上述hac溶液，得所用壳聚糖溶液，之后称取2gmbc超声分散在上述壳聚糖溶液中，量取100ml的0.05mol·l^-1的三聚磷酸钠溶液，用0.1mol·l^-1的hcl调节ph＝8，添加至上述混合物中，并于室温下充分搅拌12h，最后以去离子水清洗数次，直至中性，即可得到壳聚糖稳定的负载了磁性纳米fe3o4的核桃壳生物炭，记为cmbc。

s104：改性核桃壳生物炭吸附材料进行吸附处理后，使用解吸剂对吸附剂进行解吸再生。

下面结合污水处理的实验对本发明作进一步的描述。

实验部分

(1)为确定吸附剂的最佳投加量，在ph值为6的条件下，加入40ml浓度为20mg·l^-1的cd(ⅱ)于50ml离心管中，吸附剂投加量分别为1、2、5、8、10、12、15、20、25g·l^-1，恒温振荡24h(25℃，180r·min^-1)进行吸附试验，考察吸附剂的投加量对cd(ⅱ)去除率的影响，如图4所示。

(2)考察吸附剂在不同ph下对cd(ⅱ)的去除效果，称取0.48g的吸附剂于50ml塑料离心管中，加入40ml浓度为20mg·l^-1的cd(ⅱ)，分别调节ph值为3、4、5、6、7、8，恒温振荡24h(25℃，180r·min^-1)进行吸附实验，如图5所示。

(3)考察吸附剂在不同离子浓度下对cd(ⅱ)的去除效果，称取0.48g的吸附剂于50ml塑料离心管中，加入40ml的cd(ⅱ)，设置cd(ⅱ)的初始浓度梯度为0、5、10、20、40、60、80、100mg·l^-1，恒温振荡24h(25℃，180r·min^-1)进行吸附实验，如图6所示。

(4)将实施例1制得的磁性氨基核桃壳进行解吸再生，解吸剂选用0.1mol·l^-1的hcl溶液，浸泡震荡4h后，将吸附剂用去离子水洗至中性，烘干，重复对20mg·l^-1的cd(ⅱ)废水进行吸附处理，其重复利用效果图如图7所示。

实验表明：当溶液ph等于6，吸附剂投加量为12g·l^-1、cd(ⅱ)初始浓度为40mg·l^-1时，吸附剂对cd(ⅱ)的吸附率高达99.36％；图7中，当磁性氨基核桃壳生物炭重复利用5次后，效果仍可达90％以上。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，只是本发明的实施方式之一，实际的实施方式并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。