一种吸附水中铅离子的磁性桉叶生物质吸附剂及其应用和快速分离方法
【专利摘要】本发明涉及一种吸附水中铅离子的磁性桉叶生物质吸附剂及其应用和快速分离方法，利用甲醛以及硫酸将鞣质及多肽等有效物质固定于桉叶粉内，再通过共沉淀法制成磁性桉叶生物质吸附剂，本发明不仅原料廉价，并含有大量能与重金属发生络合反应的鞣质、多肽等物质，对水中铅离子具有良好的吸附效果；在外加磁场条件下，高含量的吸附剂通过简单的磁分离装置实现快速分离，解决了吸附法中吸附剂固液分离难的问题，具有广阔的应用前景。
【专利说明】
一种吸附水中铅离子的磁性桉叶生物质吸附剂及其应用和快速分离方法
技术领域
[0001]本发明属于水处理技术应用领域，具体涉及一种以桉叶为原料的磁性生物质吸附剂及其应用和快速分离方法。
【背景技术】
[0002]铅(Pb)是一种有色重金属，据统计，我国铅产量占世界总铅产量的42.2%，已连续13年位居世界第一。铅具有强污染性，它在生产冶炼过程中会产生大量的废水，若未经处理达标则外排入环境，会带来极大的危害。废水中的Pb对人体的危害极大，水环境中的Pb及其化合物易通过消化道进入人体内，并与人体内的酶、蛋白质等物质发生反应，从而影响到人体组织细胞的活性，轻则使人头痛、呕吐，损害人类的大脑和神经系统，影响智力发育，重则导致死亡。
[0003]吸附法是一种有效处理水中重金属离子的方法，其具有操作简单、成本低廉、耗时较短以及设备占地面积小等优点。广西是中国桉树的主要栽培区，种植面积已超过2800万亩。每年桉树的主伐和间伐过程中会产生大量废弃物(如树皮、桉叶和木肩等)，若未能得到有效的利用，则形成资源浪费。研究表明桉叶内含有鞣质、糖类、多肽等物质，而这些物质可能会与废水中金属离子发生反应，达到去除重金属的目的。因此，它们可用于制备环境友好型的重金属离子生物质吸附剂。
[0004]对桉叶中的鞣质、多肽等有效物质进行固定后，得到桉叶吸附剂，当Pb(II)初始浓度为100mg/L、pH为5、反应时间为lh、吸附剂投加量为2g/L时，去除率达100%，效果优于同类吸附剂。但该吸附剂比重较小，存在固液分离难的问题。因此，能否找到一种能实现其快速分离的方法是解决其应用的关键。
【发明内容】
[0005]本发明从农林废弃物综合利用和水污染控制的角度出发，针对现有技术的不足，提出了一种富含鞣质、酚类等有机物且能实现快速固液分离的磁性生物质吸附剂，并将其应用于水中Pb(II)的去除，达到制备方法简单，吸附及分离用时短，效果良好的目的。
[0006]本发明采取的技术方案如下:
[0007]—种吸附水中铅离子的磁性桉叶生物质吸附剂，由以下步骤制备而成:
[0008](I)将速生桉的树叶置于25?60°C的烘箱中烘干，粉碎过筛，得到桉叶粉;将桉叶粉与10?50 %的HCHO溶液和0.5?1.5mol/L的H2SO4溶液依次加入大烧杯中，在25?60°C下，用恒温加热磁力搅拌器不断搅拌，至混合物呈粘稠状，加去离子水洗涤直至PH为4.0?6.0;再放入25?60°C烘箱中烘干，研磨过筛，即可得到改性桉叶粉吸附剂；
[0009](2)将步骤(I)所得的改性桉叶粉吸附剂置于烧杯内，加去离子水，搅匀备用；另取烧杯，加入去离子水、FeCl3.6H20和FeSO4.7H20，在氮气保护下搅拌直至固体完全溶解，并将得到的溶液加入含有改性桉叶粉吸附剂的烧杯中，在氮气保护下，搅匀并用NaOH调pH至1?11之间，电动搅拌并同时煮沸I?2h，用磁场分离，洗涤至中性，烘干，并破碎过10目筛，即得桉叶磁性生物质吸附剂。
[0010]作为优选方案，所述的步骤(I)中，桉叶粉与37%的HCHO溶液和lmol/I^H2S04的比例为 10g:1OOmL: 5mL。
[0011]作为优选方案，所述的步骤(2)中，取500mL烧杯，加入IOg改性桉叶粉吸附剂以及150mL去离子水搅匀备用；另取250mL烧杯，加入200mL去离子水、1g FeCl3.6H20以及5.14gFeSO4.7H20晶体，在氮气保护下搅拌溶解，并将得到溶液加入含有改性桉叶粉吸附剂的烧杯中，在氮气保护下，搅匀并用1moVL的NaOH调pH至10?11之间，电动搅拌并同时煮沸Ih，用磁场分离，洗涤至中性，烘干，并破碎过100目筛，即得桉叶磁性生物质吸附剂。
[0012]本发明还请求保护将所述的磁性桉叶生物质吸附剂用于处理水中Pb(II)的应用。
[0013]所述的应用中，优选的处理条件为:反应时间为30min，反应温度为室温，pH为5。
[0014]本发明还请求保护所述的磁性桉叶生物质吸附剂的快速磁分离方法，具体为:SP当吸附剂浓度不大于8g/L时，只需在0.5T的磁场下分离5min，而当吸附剂浓度大于8g/L小于20g/L时，需要在0.5T的磁场下分离1min，当吸附剂浓度不小于20g/L时，需要在0.5T的磁场下分离1min以上。
[0015]本发明利用甲醛以及硫酸将鞣质及多肽等有效物质固定于桉叶粉内，再通过共沉淀法制成磁性桉叶生物质吸附剂，该吸附剂不仅原料廉价，并含有大量能与重金属发生络合反应的鞣质、多肽等物质，对水中铅离子具有良好的吸附效果;在外加磁场条件下，高含量的吸附剂通过简单的磁分离装置实现快速分离，解决了吸附法中吸附剂固液分离难的问题，具有广阔的应用前景。
【附图说明】
[0016]图1为实施例2所述的反应时间对吸附效果的影响结果。
[0017]图2为实施例3所述的pH对吸附效果的影响结果。
[0018]图3为实施例4所述的时间和吸附剂含量对磁分离效果的影响结果。
[0019]图4为改性桉叶粉吸附剂的扫描电镜图。
[0020]图5为桉叶磁性生物质吸附剂的扫描电镜图。
【具体实施方式】
[0021 ]实施例1桉叶磁性生物质吸附剂的制备
[0022](I)将速生桉的树叶置于40°C的烘箱中烘干，粉碎过筛，得到桉叶粉;将桉叶粉与37 %的HCHO溶液和ImoI/L的H2SO4溶液按照1g: 10mL: 5mL的比例依次加入大烧杯中，在500C下，用恒温加热磁力搅拌器不断搅拌，至混合物呈粘稠状，加去离子水洗涤多次，直至pH>6.0；再放入50 °C烘箱中烘干，研磨过筛，S卩可得到改性桉叶粉吸附剂；
[0023](2)取500mL烧杯，加入1g改性桉叶粉吸附剂以及150mL去离子水搅匀备用；另取250mL烧杯，加入200mL去离子水、1g FeCl3.6H20以及5.14g FeSO4.7H20晶体，在氮气保护下搅拌溶解，并将得到溶液加入含有改性桉叶粉吸附剂的烧杯中，在氮气保护下，搅匀并用lOmol/L的NaOH调pH至10?11之间，电动搅拌并同时煮沸Ih，用磁场分离，洗涤至中性，烘干，并破碎过100目筛，即得桉叶磁性生物质吸附剂样品。
[0024]实施例2时间与温度对吸附的影响
[0025]称量若干份0.05g样品置于锥形瓶中，分别移取25mLpH为4初始浓度为100mg/L的铅溶液于各锥形瓶中，在温度为300C的条件下分别振荡5、10、15、25、60、120min后过滤，利用原子吸收分光光度计测定滤液中铅的浓度，计算去除率。由图1可知:在25min内，随着反应时间的增加，吸附剂对Pb(II)的去除率迅速增加，25min后，吸附剂对Pb(II)的去除率变化缓慢，30min时基本达到平衡。这是因为在吸附的开始阶段，吸附主要依靠吸附剂表面的吸附点位对Pb(II)进行吸附，随着吸附反应过程的进行，吸附剂表面的吸附点位逐渐达到平衡，使对重金属离子的吸附由表面向内部孔道上的吸附点位转移，吸附速率变慢。因此，本发明所制备的吸附剂去除水中铅离子的最佳反应时间为30min。
[0026]称量若干份0.05g样品置于锥形瓶中，分别移取25mLpH为4初始浓度为100mg/L的铅溶液于各锥形瓶中，在温度为25、40、55°C的条件下分别振荡60min后过滤，利用原子吸收分光光度计测定滤液中铅的浓度，计算去除率。结果发现温度对吸附剂去除Pb(II)的效果影响不大，即该过程也适用于在常温条件下进行，这有利于该吸附剂的实际应用。
[0027]实施例3溶液pH对吸附的影响
[0028]称量若干份0.05g样品置于锥形瓶中，分别移取25mL pH为1、2、3、4、5、6、7初始浓度为100mg/L的铅溶液于各锥形瓶中，在温度为30 0C的条件下振荡30min后过滤，利用原子吸收分光光度计测定滤液中铅的浓度，计算去除率。图2显示，吸附剂对Pb(II)的去除率随着溶液初始PH的增加呈上升趋势，当pH为5时，去除率达100%。这可能是因为，在低pH的情况下(pH〈4)，溶液中H+的浓度增大，H+与金属阳离子共同竞争吸附剂表面的有效吸附位点；当pH值逐渐升高时，H+逐渐减少，与Pb(II)的竞争也减弱，使其去除率也增加。因此，本发明所制备的吸附剂去除水中铅离子的最佳PH为5.0。
[0029]实施例4时间及吸附剂含量对磁分离的影响
[0030]在透明塑料杯中加入不同质量(0.2、0.8、1.4、2g)的样品和10mL的去离子水，搅拌均匀后置于强磁上(0.5T)沉降，并在0、5、10、30、60min处取样，测浊度，且同时做平行实验，并绘制不同沉降时间下不同质量的吸附剂与水样浊度的关系图。图3显示，磁场对吸附剂的磁分离能力随着吸附剂的含量的增加而降低。在5min时，2g/L的水样浊度为22.6NTU，8g/L的为57NTU，而20g//L的为108.5NTU;当时间为1min时，8g//L的水样浊度仅为28NTU，20g/L的水样浊度下降更为明显，仅剩65NTU。因此，当吸附剂浓度小于8g/L时，只需在0.5T的磁场下分离5min，而当吸附剂浓度大于8g/L小于20g/L时，需要在0.5T的磁场下分离lOmin，当吸附剂浓度大于20g/L时，需要在0.5T的磁场下分离1min以上。
【主权项】
1.一种吸附水中铅离子的磁性桉叶生物质吸附剂，其特征在于，所述的磁性桉叶生物质吸附剂由以下步骤制备而成: (1)将速生桉的树叶置于25?60°C的烘箱中烘干，粉碎过筛，得到桉叶粉;将桉叶粉与10-50%的HCHO溶液和0.5?1.5mol/L的H2SO4溶液依次加入大烧杯中，在25?60°C下，用恒温加热磁力搅拌器不断搅拌，至混合物呈粘稠状，加去离子水洗涤直至PH为4.0?6.0;再放入25?60°C烘箱中烘干，研磨过筛，即可得到改性桉叶粉吸附剂； (2)将步骤(I)所得的改性桉叶粉吸附剂置于烧杯内，加去离子水，搅匀备用；另取烧杯，加入去离子水、FeCl3.6H20和FeSO4.7H20，在氮气保护下搅拌直至固体完全溶解，并将得到的溶液加入含有改性桉叶粉吸附剂的烧杯中，在氮气保护下，搅匀并用NaOH调pH至10?11之间，电动搅拌并同时煮沸I?2h，用磁场分离，洗涤至中性，烘干，并破碎过100目筛，即得桉叶磁性生物质吸附剂。2.根据权利要求1所述的吸附水中铅离子的磁性桉叶生物质吸附剂，其特征在于，所述的步骤(I)中，桉叶粉与37 %的HCHO溶液和Imo 1/L的H2SO4的比例SlOg:1OOmL: 5mL。3.根据权利要求1所述的吸附水中铅离子的磁性桉叶生物质吸附剂，其特征在于，所述的步骤(2)中，取500mL烧杯，加入I Og改性桉叶粉吸附剂以及150mL去离子水搅匀备用；另取250mL烧杯，加入200mL去离子水、1g FeCl3.6H20以及5.14g FeSO4.7H20晶体，在氮气保护下搅拌溶解，并将得到溶液加入含有改性桉叶粉吸附剂的烧杯中，在氮气保护下，搅匀并用lOmol/L的NaOH调pH至10?11之间，电动搅拌并同时煮沸Ih，用磁场分离，洗涤至中性，烘干，并破碎过100目筛，即得桉叶磁性生物质吸附剂。4.权利要求1-3所述的磁性桉叶生物质吸附剂用于处理水中Pb(II)的应用。5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，处理水中Pb(II)的条件为:反应时间为30min，反应温度为室温，pH为5。6.权利要求1-3所述的磁性桉叶生物质吸附剂的快速磁分离方法，其特征在于，具体步骤为:当吸附剂浓度不大于8g/L时，在0.5T的磁场下分离5min，而当吸附剂浓度大于8g/L小于20g/L时，在0.51'的磁场下分离10111；[11，当吸附剂浓度不小于2(^凡时，在0.5T的磁场下分离1min以上。
【文档编号】B01J20/24GK106000341SQ201610430929
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月17日
【发明人】唐艳葵, 王生业, 莫雅圆, 陈玲
【申请人】广西大学