一种由小麦秸秆制备得到固体吸附剂处理废水的应用
【技术领域】
[0001] 本发明为发明专利申请《一种农业秸杆的综合处理方法》（专利【申请号】 201310563383. 9)的分案申请。涉及一种农业秸杆的综合处理方法，尤其涉及到一种由小麦 秸杆制备得到固体吸附剂处理废水的应用。
【背景技术】
[0002] 2006年以来，全国上下加强了节能减排工作，国务院发布了加强节能工作的决定， 制定了促进节能减排的一系列政策措施，各地区、各部门相继做出了工作部署，节能减排工 作取得了积极进展。但是，2006年全国没有实现年初确定的节能降耗和污染减排的目标，加 大了"十一五"后四年节能减排工作的难度。更为严峻的是，2007年一季度，工业特别是高 耗能、高污染行业增长过快，占全国工业能耗和二氧化硫排放近70%的电力、钢铁、有色、建 材、石油加工、化工等六大行业增长20. 6%，同比加快6. 6个百分点。与此同时，各方面工 作仍存在认识不到位、责任不明确、措施不配套、政策不完善、投入不落实、协调不得力等问 题。
[0003] 国家"十二五规划"明确提出了节能减排的目标，即到2015年，单位⑶P二氧化碳 排放降低17% ;单位⑶P能耗下降16% ;非化石能源占一次能源消费比重提高3. 1个百分 点，从8. 3%到11. 4% ;主要污染物排放总量减少8到10%的目标。此外，十二五"规划中 还明确了主要污染物控制总类，在"十一五"化学需氧量、二氧化碳这两个类别基础上，增加 了氨氮和氮氧化物两个类别的污染物控制指标。"十二五"规划提出的约束性指标更加明确 了国家节能减排的决心。国务院确定了 5个方面的主要污染物减排重点工程：一是以城镇 污水处理设施及配套管网建设、现有设施升级改造、污泥处理处置设施建设为重点，提升脱 氮除磷能力。二是以制浆造纸、印染、食品加工、农副产品加工等行业为重点，继续加大水污 染深度治理和工艺技术改造。三是推进脱硫脱硝工程建设。四是开展农业源污染防治。五 是控制机动车污染物排放。
[0004] 农业秸杆是成熟农作物茎叶（穗）部分的总称，通常指小麦、水稻、玉米、薯类、油 料、棉花、甘蔗在收获籽实后的剩余部分。农作物光合作用的产物有一半以上存在于秸杆 中。据联合国环境规划署（UNEP)统计，世界上种植的各种农作物每年所产生的秸杆多达17 亿吨。
[0005] 秸杆作为我国农村常见的农业废弃物，具有分布广、资源量大的特点。按照其化学 组成，秸杆主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，此外还含有少量的能够被水、乙醇、苯等 中性溶剂或稀酸、碱溶液抽提的灰分、可提取有机物等。
[0006] 秸杆不仅是农作物重要副产品，同时也是工农业生产的重要生产资源。然而目前， 对秸杆的处理仍主要停留在传统的燃烧、还田、饲料等方面。其中，秸杆焚烧近年来越发为 人们重视。据统计，全世界每年秸杆产量约29亿吨，其中约有66%直接还田或作为生活能 源而被烧掉。秸杆焚烧不但会产生C0、S02等有毒有害气体，还会产生大量的可吸入颗粒 物，给人类健康带来危害。实际上，焚烧秸杆不仅带来了环境污染，也是一种严重的资源浪 费。充分发掘秸杆的潜在价值，将秸杆用作工业原料，是近年来秸杆利用的主要发展方向， 也该是贯彻国家十二五规划的节能减排任务的重要方面。
[0007] 现有技术中，CN102614853A以碳质材料为原料制备了一种吸附剂，首先将碳质材 料浸渍在金属氯化物溶液中，待浸渍充分后进行干燥，然后将干燥后的混合物放入管式炉 进行炭化活化造孔制备复合吸附剂；将炭化活化后的复合吸附剂与金属粉末锡粉和铝粉混 合均匀，加入粘结剂搅拌均匀，然后填充进金属翅片管的翅片间，干燥；将带有吸附剂和金 属粉末的金属翅片管放入管式炉中进行烧结，通过金属粉末将吸附剂和金属翅片管烧结在 一起。
[0008] CN102815699A公开了一种新型雪松树枝碳质材料的制备方法，为采用水热碳化法 制备所述雪松树枝碳质材料，包括如下步骤：收集雪松树掉落在地的树枝，去皮；将去皮后 的树枝切成小段，放入溶有适量柠檬酸的水中进行水热碳化反应，其中水热碳化反应的温 度为180~220°C，反应时间为28~32小时；将反应后的含有碳化物的溶液自然冷却后并 滤去溶液，将碳化物洗涤后真空干燥；将干燥后的碳化物进行研磨后获得所述雪松树枝碳 质材料。
[0009] 同时，现有技术中还公开了将秸杆进行过处理后用作环境保护材料，例如石油吸 附剂、重金属吸附剂等。但是，现有技术中存在的处理秸杆的方法产生的废液中存在大量的 木质素，导致难以治理，形成二次污染，制备的吸附剂吸附效果不好等技术缺陷，现有技术 中并没有一种综合处理秸杆的方法。
【发明内容】
[0010] 针对现有技术的不足，本发明提供一种农业秸杆的综合处理方法，以克服现有技 术中存在的产生废液污染的问题，而是变废为宝，制备得到的固体吸附剂产品可以应用于 吸附废水中的铜离子。
[0011] -种由小麦秸杆制备得到固体吸附剂处理废水的应用，其特征在于：所述的固 体吸附剂用于吸附废水中铜离子；所述的固体吸附剂制备方法包括如下步骤：
[0012] (1)预处理：将小麦秸杆进行干燥处理，将干燥的小麦秸杆剪成小段后用搅拌机 进一步磨碎，然后过100目分样筛，取分样筛筛下秸杆使用去离子水清洗2次，之后使用真 空栗抽滤直至滤液变澄清，得到的秸杆粉末在烘干箱中于55 °C干燥48h后得到预处理后的 猜杆粉末；
[0013] ⑵前处理：将步骤⑴得到的预处理后的秸杆粉末使用0.0 lmol/L的氢氧化钠 溶液润胀处理，润胀时间为48小时，润胀结束后，调节pH至6. 6,离心过滤后，使用去离子水 清洗2次，然后置于烘干箱中于65°C干燥24h ;得到前处理后的秸杆粉末；
[0014] (3)碳化处理：称取步骤（2)得到的前处理后的秸杆粉末、去离子水、以及环氧丙 烷加入反应釜中，密封，通入氮气20min将反应釜内部残余气体排出，再将进气和出气阀门 拧紧后，开启磁力搅拌装置进行搅拌，并通冷却水保护磁力搅拌装置，通过电子炉将反应釜 加热到220°C;达到反应温度后，停止加热，先自然冷却至180°C，后通入冷凝水，直至反应釜 冷却至常温；然后打开反应釜，将反应产物经抽滤后得到液相产物和固相产物；固相产物 在IKTC干燥26h，得到碳化处理后的固体材料；其中步骤（2)得到的前处理后的秸杆粉末、 去离子水、以及环氧丙烷的质量用量比例为5:1500:5 ;
[0015] (4)改性处理：将3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵溶于异丙醇-水混合溶液中，形成 混合溶液A，然后将步骤（3)得到的固体材料加入到上述混合溶液A中，其中，3-氯-2-羟丙 基三甲基氯化铵、异丙醇与水的质量比为5 : 23:230, 3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵与步 骤（3)得到的固体材料的质量比为1:10,所得混合物在30°C下，反应12h，反应结束后将反 应体系的PH调节至6. 5 ;然后对所得到的溶液过滤，过滤后的固体产物使用去离子水清洗2 次，然后在ll〇°C干燥26h，得到3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵改性的固体产物；将氯乙酸 溶于乙醇-水混合溶液中，形成混合溶液B，其中，氯乙酸、乙醇与水的质量比为4:100:98， 将3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵改性的固体产物加入到混合溶液B中，其中，3-氯-2-羟 丙基三甲基氯化铵改性的固体产物与氯乙酸的质量比为5:12 ;在40°C下搅拌反应13h ;反 应结束后将上述体系的PH调节至6. 6 ;然后对所得到的溶液过滤，过滤后的固体产物使用 去离子水清洗5次，然后在IKTC干燥30h，得到固体吸附剂产品。
[0016] 所述的由小麦秸杆制备得到固体吸附剂产品的方法进一步包括：(5)制备水煤浆 分散剂：将步骤⑶得到的液相产物的PH调至12,边搅拌边升温至75°C，滴加甲醛进行缩 合反应lh，然后将温度升至90°C，加入亚硫酸钠进行磺化反应2h，反应结束后冷却至常温 出料，得到水煤浆分散剂产品。
[0017] 本发明公开的一种农业秸杆的综合处理方法，能够有效的避免现有技术中处理秸 杆产生的废液污染问题，本发明将富含木质素的液相产物进行缩合、磺化反应后用作水煤 浆分散剂，取得了良好的技术效果；同时，本发明的方法得到的固体吸附剂产品，由于反应 过程精确控制，选择最优的工艺参数，具有良好的吸附效果，能够对废水中的阴离子、阳离 子污染物进行有效的净化。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
[0019] 实施例1
[0020] -种农业秸杆的综合处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0021] (1)预处理：将小麦秸杆进行干燥处理，将干燥的小麦秸杆剪成小段后用搅拌机 进一步磨碎，然后过100目分样筛，取分样筛筛下秸杆使用去离子水清洗2次，之后使用真 空栗抽滤直至滤液变澄清，得到的秸杆粉末在烘干箱中于55 °C干燥48h后得到预处理后的 猜杆粉末；
[0022] (2)前处理：将步骤⑴得到的预处理后的秸杆粉末使用0.0 lmol/L的氢氧化钠 溶液润胀处理，润胀时间为48小时，润胀结束后，调节pH至6. 6,离心过滤后，使用去离子水 清洗2次，然后置于烘干箱中于65°C干燥24h ;得到前处理后的秸杆粉末；
[0023] (3)碳化处理：称取步骤（2)得到的前处理后的秸杆粉末、去离子水、以及环氧丙 烷加入反应釜中，密封，通入氮气20min将反应釜内部残余气体排出，再将进气和出气阀门 拧紧后，开启磁力搅拌装置进行搅拌，并通冷却水保护磁力搅拌装置，通过电子炉将反应釜 加热到220°C;达到反应温度后，停止加热，先自然冷却至180°C，后通入冷凝水，直至反应釜 冷却至常温；然后打开反应釜，将反应产物经抽滤后得到液相产物和固相产物；固相产物 在IKTC干燥26h，得到碳化处理后的固体材料；其中步骤（2)得到的前处理后的秸杆粉末、 去离子水、以及环氧丙烷的质量用量比例为5:1500:5 ;
[0024] (4)改性处理：将3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵溶于异丙醇-水混合溶液中，形成 混合溶液A，然后将步骤（3)得到的固体材料加入到上述混合溶液A中，其中，3-氯-2-羟 丙基三甲基氯化铵、异丙醇与水的质量比为5 : 23:230,3_氯-2-羟丙基三甲基氯化铵与 步骤（3)得到的固体材料的质量比为1:10,所得混合物在30°C下，反应12h，反应结束后将 反应体系的pH调节至6. 5 ;然后对所得到的溶液过滤，过滤后的固体产物使用去离子水清 洗2次，然后在IKTC干燥26h，得到3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵改性的固体产物；
[0025] 将氯乙酸溶于乙醇-水