一种载纳米粒子发泡颗粒炭除磷吸附剂的制备方法及应用
【技术领域】
[0001] 本发明设及废水处理领域，特别是一种载纳米粒子发泡颗粒炭除憐吸附剂的制备 方法及应用。
【背景技术】
[0002] 憐是导致水体富营养化的关键营养元素之一，水体中含憐过量则会导致富营养 化，引起水体生态系统结构及功能变化、水质恶化、景观破坏、生物多样性下降。高含憐量引 起藻类大量繁殖并积聚，过度增殖的蓝藻产生的化学物质直接影响居民生活用水和工业用 水的安全。
[0003] 环境水体中憐主要来源于生活污水、工业废水和农田排水，其憐含量一直是人们 非常关注的问题。1969年Vollenweider学者提出湖泊营养状况与营养物质特别是总憐浓度 之间有密切关系，水体中总憐浓度超过0.02mg/L即为富营养化。经济合作与发展组织 (OECD)提出富营养湖的平均总憐浓度大于0.035mg/L。因此，必须高度重视水体环境中憐污 染的防治和处理，含憐废水的有效处置刻不容缓。
[0004] 目前含憐水体常用的处理技术方法有生物除憐技术、化学沉淀法、吸附技术等。相 对于生物除憐技术、化学沉淀法而言，吸附技术W高效廉价、去除效果好、环境扰动小等优 势，逐渐引起科研人员关注。吸附法是利用吸附剂本身化学结构及成分特性，借助固液两相 分离，通过表面附着、离子交换或表面沉淀等过程，将水体中憐转移至吸附介质，实现憐从 污水中分离技术。
[0005] 吸附法处理的关键是吸附剂的选择，常用吸附材料有活性炭、硅胶、酸性白±、活 性氧化侣、分子筛等。其中活性炭由于具有比表面积大、多种表面官能团，有很高的物理吸 附和化学吸附功能。公开号为CN104415756的专利文件公开了" 一种改性活性炭及其制备方 法"，该发明采用氨氧化钟、硝酸亚铁溶液对活性炭进行改性，获得负载催化活性亚铁离子 改性活性炭;公开号为CN103288084的专利文件公开了一种"常压制备改性活性炭的方法"， 该发明将烘干后的賴杆与醋酸巧溶液混合得到一阶前驱体，并进一步将一阶前驱体和氯化 锋溶液混合反应得到二阶前驱体进行炭化得到活性炭;公开号为CN102000547的专利文件 公开了一种"氯化亚铜改性蜂窝活性炭吸附材料及其制备方法"，该活性炭首先W含胺溶剂 溶解的氯化亚铜混合溶液为改性剂，载体采用等体积浸溃法负载氯化亚铜混合溶液处理， 经氧化活化制得;公开号为CN104190360的专利了文件公开了 "一种氧化-负载铁改性活性 炭水处理吸附剂及制备方法"，该发明将活性炭加入硝酸/憐酸，再加入氯化铁/硫酸铁，用 去离子水清洗至中性，炭化制得改性活性炭。运些专利文件均依赖化学试剂如氯化锋、氯化 亚铜、硝酸亚铁/氯化铁、硝酸等作为活化剂，利用活化剂对炭表面改性W提高吸附能力及 利用率。但在制备过程中化学试剂对设备腐蚀性大、二次环境污染严重，且活性炭中易残留 化学品。此外，由于多数活性炭是一种粉末状物质，它在吸附后很难从溶液中分离及二次回 收利用，也很难作为填料填充于吸附柱内，造成活性炭资源的浪费。因此，如何在利用吸附 剂吸附废水中含憐污染物后，实现活性炭资源的再利用已经成为本领域亟待解决的技术难 题。
【发明内容】
[0006] 针对上述问题，本发明提供一种高效去除含憐尾水的载纳米粒子发泡颗粒炭除憐 吸附剂的制备方法，该载纳米粒子发泡颗粒炭除憐吸附剂是一种新型纳米复合炭吸附剂， 具有高效吸附、回收利用率高、无二次污染等特点，可广泛应用含憐水体净化领域，本发明 是运样实现的： 一种载纳米粒子发泡颗粒炭除憐吸附剂的制备方法，其具体步骤如下： (1) 将木质纤维类生物质原料风干至含水率为11%-13%，破碎后过40目筛； (2) 将破碎后的木质纤维类生物质原料与表面活性剂按质量比100:1-5混合后，于45- 65°C溫度下，W100-20化pm的转速混合10-20min，获得表面改性木质纤维材料； (3) 将氨基淀粉预聚物、发泡剂与纳米粒子按质量比100:1-5:5-15混合均匀后，100W超 声处理10-30min，得到氨基淀粉黏合剂； (4) 将步骤(2)获得的表面改性木质纤维材料与步骤(3)获得的黏合剂按质量比10:1-5 混合后，热压成型，获得载纳米粒子木质纤维成型复合材料； 巧)将载纳米粒子木质纤维成型复合材料在空气气氛下，于管式炉中W5-l(TC/min程 序升溫至120-180°C，发泡30-45min;然后在氮气保护下，升溫炭化，升溫速率15-20°C/min， 炭化溫度450-700°C，时间30-150min; (6)炭化完毕后，自然冷却至室溫，用去离子水清洗至淋洗液为中性，103°C烘干，即获 得所述载纳米粒子发泡颗粒炭除憐吸附剂； 所述氨基淀粉预聚物是运样获得的:将lOOg淀粉投入180g蒸馈水中，调节pH=3.5,加入 多聚甲醒，65°C反应lOmin;然后加入尿素，反应30min;再升溫至85°C，加入质量分数为15% 的聚乙締醇溶液，保溫反应20min，自然冷却后即得氨基淀粉预聚物;其中，淀粉、多聚甲醒、 尿素、聚乙締醇质量比为100:5:22.5:8。
[0007] 优选的，本发明所述载纳米粒子发泡颗粒炭除憐吸附剂步骤（1)所述木质纤维类 生物质原料为农作物賴杆、竹木剩余物和农作物废弃外壳中的一种或多种； 其中，所述农作物賴杆为麦賴、稻賴、玉米賴、剑麻渣和甘薦渣中的一种或多种;所述竹 木剩余物为竹粉或木粉;所述农作物废弃外壳为稻壳、花生壳和挪壳中的一种或多种。
[0008] 优选的，本发明所述载纳米粒子发泡颗粒炭除憐吸附剂步骤(3)所述纳米粒子为 纳米二氧化娃、纳米蒙脱±、纳米二氧化铁、纳米碳管、纳米氧化铁和纳米碳酸巧中的一种。
[0009] 优选的，本发明所述载纳米粒子发泡颗粒炭除憐吸附剂步骤(2)所述表面活性剂 为吐溫-80、吐溫-40、硅烷偶联剂KH-560、硬脂酸、十二烷基苯横酸钢和聚氧乙稀-聚氧丙締 共聚物中的一种或多种。
[0010] 优选的，本发明所述载纳米粒子发泡颗粒炭除憐吸附剂步骤(2)所述发泡剂为碳 酸氨锭、碳酸氨钢、偶氮二甲酯胺、异戊烧或正戊烧中的一种或多种。
[0011] 优选的，本发明所述载纳米粒子发泡颗粒炭除憐吸附剂步骤(4)中所述热压成型 参数为:压力3-lOMPa，溫度50-100°C，时间l-5min。
[0012] -种如本发明所述载纳米粒子发泡颗粒炭除憐吸附剂在含憐污染废水处理中的 应用。
[0013] 优选的，本发明所述载纳米粒子发泡颗粒炭除憐吸附剂在含憐污染废水处理中的 应用中，其具体使用步骤为:将l-5g/L的比例将载纳米粒子发泡颗粒炭除憐吸附剂浸没于 含有憐酸根的污水中，吸附浸泡10-60min，然后取出W超纯水洗净，55-90°C烘干，加入质量 分数为7%的化0H溶液中，于28°C、180巧m水浴振荡60-180min，然后103°C烘干，即可重复使 用。
[0014] 本发明克服了吸附材料不能回收再利用的不足，利用氨基淀粉黏合剂均相包覆于 賴杆上，炭化过程中W改变颗粒炭的表面化学性质，提高其对憐酸根离子的吸附能力。将纳 米粒子负载于賴杆颗粒炭中，由于其具有巨大的比表面积和高的表面活性及本身具有的小 尺寸效应和表面效应，能够引起颗粒炭表面活性，从而有效改善发泡颗粒炭对憐酸根的吸 附效果。
[0015] 与现有技术相比，本发明具有W下有益效果： (1)对水体中憐有较高的去除效果，在固液比为1:40