一种新型高效重金属吸附剂、其制备方法及应用与流程

本发明属于环境科学与资源利用技术领域，涉及重金属废水的处理方法，具体是一种以玉米叶和芦苇叶为原料的新型高效重金属吸附剂、其制备方法及应用。

背景技术：

近年来，随着我国工业的快速发展，重金属离子通过不同的途径进入到空气和环境中，通过植物和生产不断富集，形成重金属污染。重金属是水质污染中的主要污染物之一，具有毒性，进入水体后，能被活的生物体所吸收，如果人体重金属的摄入量超过了限值，能引起各种健康疾病。因此，含有重金属的废水必须加以处理之后才能够排放，并且重金属的污染治理已经越来越受到广泛的关注。

目前处理重金属废水的有效分离工艺有化学沉淀法、生物吸附法、电解法等多种方法。但这些技术的应用受到了工艺和经济的限制。吸附法主要是利用具有高比表面积结构或者特殊官能基团的吸附材料对水中重金属离子进行吸附。其作为传统的重金属废水处理方法具有操作简便、效率高、能耗低、无二次污染、投资费用低等优点，被认为是去除水中重金属最有应用前景的方法。

近年来，许多专利都是利用果皮、污泥、活性炭、纳米材料等原材料来吸附重金属离子(申请号：201610450710.3、201510615561.7、201610329094.6、201610442997.5)，但这些原材料来源并不广泛，部分原材料价格也不够低廉，原材料的改性剂较多，改性过程复杂，吸附过程耗能高。对于在工厂排废中的实际应用性并不是很好，因此，在生产排废过程中，缺乏简单而有效的去除重金属离子的方法。

技术实现要素：

本发明所用的玉米秸秆和芦苇原料，来源相当丰富，并且其热值比较低、营养含量也不高，大量的玉米秸秆被焚烧或丢弃，造成极大浪费。玉米秸秆和芦苇具有生物亲和性和可降解性，较大的比表面积、发达的微孔结构和丰富的表面官能团使其具有一定的吸附性能，经过改性剂处理之后，可增加生物吸附剂的吸附能力。

具体的，本发明的具体技术方案如下：

称取烘干的玉米叶或芦苇叶粉末，按照粉末和碱性化合物溶液的固液比为1g：5～7mL的比例，加入质量百分浓度为5～10g/L碱性化合物溶液，20～100℃水浴20～80min，取出后过滤，清洗后将烘干。

对于上文所述的技术方案中，具体的，所述玉米叶或芦苇叶粉末的制备方法为将玉米叶或芦苇叶清洗后，干燥、磨碎后过20～80目筛，获得粉末烘成绝干。优选的筛网为40～60目筛。

对于上文所述的技术方案中，具体的，最优的粉末和碱性化合物溶液的固液比为1g：6mL。

对于上文所述的技术方案中，具体的，所述碱性化合物溶液为氢氧化钠溶液。最佳质量百分浓度为5g/L。

对于上文所述的技术方案中，具体的，所述玉米叶对应的水浴温度为40～60℃，水浴时间为20min。玉米叶对应去除水溶液Pb²⁺的水浴温度为60℃，对应去除水溶液中的Cr³⁺的水浴温度为40℃，水浴时间都为20min。

对于上文所述的技术方案中，具体的，所述芦苇叶对应的水浴温度为20℃，水浴时间40min。

对于上文所述的技术方案中，具体的，所述清洗为用去离子水清洗至中性。

本发明的另一方面在于利用上文所述方法制备的新型高效重金属吸附剂，以及所述的吸附剂在吸附废水中重金属离子中的应用。

本发明对以玉米叶和芦苇叶等原料进行改性，来制备重金属吸附剂吸附废水中的重金属离子，原料来源广泛，价格低廉，是一种新型低成本的重金属吸附剂。本发明的吸附剂具有吸附能力强、吸附率高的优点，是一种高效的重金属吸附剂。其制备工艺操作简单，能耗低，采用的是节能绿色环保新工艺，有效解决重金属污染问题。

附图说明

图1：碱性改性剂处理原材料前后对Cd²⁺的吸附效果对比图

图2：碱性改性剂处理原材料前后对Pb²⁺的吸附效果对比图

图3：碱性改性剂处理原材料前后对Cr³⁺的吸附效果对比图

a.以芦苇为原料，用碱性化合物溶液进行改性，对重金属废水中Cd²⁺的吸附效果最佳。

b.以玉米叶为原料，用碱性化合物溶液进行改性，对重金属废水中Pb²⁺、Cr³⁺的吸附效果最佳。

具体实施方式

下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思进行等同替换或改变均属于本发明保护范畴。

实施例1

(1)将玉米叶和芦苇叶清洗后，干燥、磨碎后过40～60目筛，获得粉末烘成绝干。

(2)分别称取烘干的玉米叶和芦苇叶各10g，装入100mL耐压瓶中，加入60mL配制好的质量百分浓度为5g/L氢氧化钠溶液(粉末和氢氧化钠溶液的固液比为1g：6mL)，放入水浴锅中水浴，将处理过的玉米叶和芦苇叶分别进行水浴，玉米叶对应去除水溶液Pb²⁺的水浴温度为60℃，对应去除水溶液中的Cr³⁺的水浴温度为40℃，水浴时间都为20min，芦苇叶对应的水浴温度为20℃，水浴时间40min。

(3)取出步骤(2)水浴过后的样品，分别留下内容固体，用玻璃滤器过滤，用去离子水清洗至中性，然后将固体烘干，最后，分别装入密封袋备用。

实施例2

(1)将玉米叶和芦苇叶清洗后，干燥、磨碎后过40～60目筛，获得粉末烘成绝干。

(2)分别称取烘干的玉米叶和芦苇叶各10g，装入100mL耐压瓶中，加入55mL配制好的质量百分浓度为10g/L氢氧化钠溶液(粉末和氢氧化钠溶液的固液比为1g：5.5mL)，将处理过的玉米叶和芦苇叶分别进行水浴，玉米叶对应去除水溶液Pb²⁺的水浴温度为60℃，对应去除水溶液中的Cr³⁺的水浴温度为40℃，水浴时间20min，芦苇叶对应的水浴温度为20℃，水浴时间40min。

(3)取出步骤(2)水浴过后的样品，留下内容固体，用玻璃滤器过滤，用去离子水清洗至中性，然后将固体烘干，最后，分别装入密封袋备用。

实施例3

(1)将玉米叶和芦苇叶清洗后，干燥、磨碎后过40～60目筛，获得粉末烘成绝干。

(2)分别称取烘干的玉米叶和芦苇叶各10g，装入100mL耐压瓶中，加入50mL配制好的质量百分浓度为5g/L氢氧化钠溶液(粉末和氢氧化钠溶液的固液比为1g：5mL)，将处理过的玉米叶和芦苇叶分别进行水浴，玉米叶对应去除水溶液Pb²⁺的水浴温度为60℃，对应去除水溶液中的Cr³⁺的水浴温度为40℃，水浴时间20min，芦苇叶对应的水浴温度为40℃，水浴时间40min。

(3)取出步骤(2)水浴过后的样品，留下内容固体，用玻璃滤器过滤，用去离子水清洗至中性，然后将固体烘干，最后，分别装入密封袋备用。

实施例4

(1)将玉米叶和芦苇叶清洗后，干燥、磨碎后过40～60目筛，获得粉末烘成绝干。

(2)分别称取烘干的玉米叶和芦苇叶各10g，装入100mL耐压瓶中，加入70mL配制好的质量百分浓度为8g/L氢氧化钠溶液(粉末和氢氧化钠溶液的固液比为1g：7mL)，将处理过的玉米叶和芦苇叶分别进行水浴，玉米叶对应去除水溶液Pb²⁺的水浴温度为60℃，对应去除水溶液中的Cr³⁺的水浴温度为40℃，水浴时间20min，芦苇叶对应的水浴温度为40℃，水浴时间40min。

(3)取出步骤(2)水浴过后的样品，留下内容固体，用玻璃滤器过滤，用去离子水清洗至中性，然后将固体烘干，最后，分别装入密封袋备用。

实施例5

检测实施例1所述两份样品对重金属离子的吸附效果实验：

1.分别配制一定浓度的Pb²⁺、Cr³⁺、Cd²⁺重金属离子溶液。

250mg/L铅溶液：称取0.4g硝酸铅，加10mL 1.0moL/L硝酸(取浓硝酸6.9mL定容到100mL即可)，全部溶解后，移入1000mL容量瓶中，加水至刻度，摇匀，贮存在玻璃塞的瓶中。

250mg/L铬(III)溶液：称取0.8g氯化铬或1.28g六水氯化铬在烧杯中，加少量水搅拌至溶解，定容至1000mL，然后贮存在玻璃塞的瓶中。

250mg/L镉溶液：称取0.5g硫酸镉于烧杯中，溶于少量水后，移入1000mL容量瓶中，以水稀释至刻度，摇匀，贮存在玻璃塞的瓶中。

2.分别称取实施例1步骤(3)所得的样品，各1g样品放入100mL三角瓶中，分别加入50mL上述配好重金属离子溶液，放入设定温度为25℃和转速为100r/min的摇床中摇2小时。到达设定时间后取出、过滤，收集液体放入样品瓶中，然后分别检测步骤(3)所得的样品，各自的Pb²⁺、Cr³⁺、Cd²⁺的原子吸收量。

步骤(3)所得的样品，各自的Pb²⁺、Cr³⁺、Cd²⁺的原子吸收量检测结果如图1～3，其中，通过分析可知：

图1为碱性改性剂处理原材料前后对Cd²⁺的吸附效果对比图。横坐标是经过碱性改性剂处理前及处理后的玉米叶和芦苇叶两种吸附剂，纵坐标是用上述吸附剂为原料对水溶液中的Cd²⁺吸附后所得的吸附率。从图中可以看出，改性剂处理后的吸附率明显比处理前提升很多，尤其是芦苇叶，经过改性剂处理后的芦苇叶吸附率更是高达86％。

图2为碱性改性剂处理原材料前后对Pb²⁺的吸附效果对比图。横坐标是经过碱性改性剂处理前及处理后的玉米叶和芦苇叶两种吸附剂，纵坐标是用上述吸附剂为原料对水溶液中的Pb²⁺吸附后所得的吸附率。显而易见，无论处理前还是处理后，玉米叶的对Pb²⁺的吸附效果都明显好于芦苇叶，而处理后的玉米叶的吸附率更是高达95％。

图3为碱性改性剂处理原材料前后对Cr³⁺的吸附效果对比图。横坐标是经过碱性改性剂处理前及处理后的玉米叶和芦苇叶两种吸附剂，纵坐标是用上述吸附剂为原料对水溶液中的Cr³⁺吸附后所得的吸附率。显而易见，经过改性剂处理后的玉米叶和芦苇叶，其吸附率都有明显提高，而玉米叶的吸附率更是高达95％。