一种改性生物质碳重金属离子吸附剂的制备方法与流程

1.本发明属于重金属离子吸附剂的制备技术领域，具体涉及一种改性生物质碳重金属离子吸附剂的制备方法。


背景技术：

2.目前，含重金属离子废水的传统处理方法有混凝沉淀法、化学沉淀法、离子交换法、生物法等。其中：
3.絮凝法是通过通过投加特定混凝剂形成絮体从而去除重金属离子，具有效率高、操作简单、处理方法成熟稳定、电耗较低等优点。但是该方法需要投加大量混凝剂，成本较高，并且受是水温和ph影响较大；
4.化学沉淀法是把重金属离子转化成难溶于水的硫化物或氢氧化物等盐类后进行沉淀去除，具有操作流程简单、成本低等特点。但是该方法渣量大、含水率高、脱水困难，且有二次污染的风险；而且由于该方法基于溶度积的原理，因此无法处理重金属离子浓度较低的废水；
5.离子交换法是利用交换剂与溶液中的离子发生交换进行分离的方法，具有分离效率高、应用范围广等优点。但是该方法投资成本比较高，整个工程系统设计和运行管理也复杂，一般中小企业很难适应，而且价格昂贵，再生需处理还要消耗大量药剂。
6.生物法是近年来处理重金属废水的一项新兴技术，原理是利用微生物来吸附重金属离子，具有投资小、运行费用低、无二次污染，易于回收重金属等优点。但是该方法需要进行生物的引种、培养以及营养物质补给，运行操作十分不便。
7.综上所述，水中重金属去除方法在净化效率、使用方便及经济效益等方面还存在诸多问题，开发高效、价格低廉的重金属离子吸附剂及相关技术已成为环保领域的当务之急。
8.生物质碳是一种可再生能源，具体利用林业剩余物、农作物秸秆等生物质碳化而成，近年来越来越受到人们的关注。生物质在被水热碳化的过程中表面被侵蚀，产生微孔发达的结构，使表面具有无数微小的孔隙，有着巨大的表面积和有很强的吸附能力，因此有望将生物质碳作为一种去除金属离子的新型吸附剂。但是，生物质直接水热碳化虽然使生物质碳表面具有无数微小的孔隙，但主要以微孔为主，类比各种吸附剂来说，孔体积和比表面积难以达不到吸附要求，吸附能力也很难达到直接用于重金属污染的处理中；而且生物质碳含有生物质中的各种元素，如钾、钙、钠、硫等，在进行吸附处理时，这些元素会溶于废水中，造成二次污染。
9.综上，基于生物质碳的多孔特性，可在本发明中提供一种改性后的可直接应用于重金属污染处理中的生物质碳重金属离子吸附剂。


技术实现要素：

10.鉴于此，为解决现有生物质碳无法直接应用于重金属污染处理中的问题，本发明
的目的在于提供一种改性生物质碳重金属离子吸附剂的制备方法。
11.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
12.一种改性生物质碳重金属离子吸附剂的制备方法，包括：
13.s1.取生物质秸秆为生物质碳原料，并利用0.5mol/l稀硫酸对生物质秸秆进行改性处理；
14.b1.利用去离子水将改性处理后的生物质秸秆淋洗至中性，然后经80℃烘箱烘干；
15.s2.将去离子水与改性处理后的生物质秸秆放入水热反应釜中，保证去离子水浸没改性处理后的生物质秸秆，在240℃温度下水热碳化处理2h，然后利用盐酸溶液和去离子水依次冲洗碳化后的生物质秸秆，烘干，得到所需的改性生物质碳重金属离子吸附剂。
16.优选的，在所述步骤s1中，包括：
17.s11.取生物质秸秆为生物质碳原料，清洗并粉碎生物质秸秆；
18.s12.将粉碎后的生物质秸秆浸泡于0.5mol/l稀硫酸溶液中改性处理。
19.优选的，在所述步骤s11中，利用蒸馏水清洗生物质秸秆表面，且清洗后自然晾干生物质秸秆表面的水分。
20.优选的，在所述步骤s11中，利用粉碎机粉碎清洗后的生物质秸秆，且粉碎后的生物质秸秆依次经100目筛网过筛处理、80℃烘箱烘干处理。
21.优选的，在所述步骤s12中，所述改性处理的时间为2h。
22.优选的，在所述步骤s2中，利用1mol/l的盐酸溶液冲洗碳化后的生物质秸秆中的水溶性灰分。
23.优选的，在所述步骤s2中，利用去离子水将碳化后的生物质秸秆淋洗至中性。
24.本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
25.在本发明中所提供的制备方法中，使用稀硫酸侵泡生物质秸秆以进行改性处理，然后烘干再进行水热碳化，由此既可以溶解一部分生物质中的元素，又能增加和扩大生物质碳表面的孔隙，改善微孔结构，增加活性，进而使生物质碳对重金属的吸附能力得到极大的改善和提高。
26.另外对于本发明所提供的制备方法，还具有步骤简单、便于操作的优点。
附图说明
27.图1为未改性处理的生物质碳表面电镜扫描图；
28.图2为改性处理的生物质碳表面电镜扫描图。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。
30.实施例
31.1)取生物质秸秆为生物质碳原料，利用蒸馏水清洗生物质秸秆表面，且清洗后自然晾干生物质秸秆表面的水分；
32.2)利用粉碎机粉碎清洗后的生物质秸秆，且粉碎后的生物质秸秆依次经100目筛网过筛处理、80℃烘箱烘干处理；
33.3)将粉碎后的生物质秸秆浸泡于0.5mol/l稀硫酸溶液中改性处理2h；
34.4)利用去离子水将改性处理后的生物质秸秆淋洗至中性，然后经80℃烘箱烘干；
35.5)将去离子水与改性处理后的生物质秸秆放入水热反应釜中，保证去离子水浸没改性处理后的生物质秸秆，在240℃温度下水热碳化处理2h；
36.6)利用1mol/l的盐酸溶液冲洗碳化后的生物质秸秆，去除碳化后的生物质秸秆中的水溶性灰分；
37.7)利用去离子水将碳化后的生物质秸秆淋洗至中性，烘干，得到所需的改性生物质碳重金属离子吸附剂。
38.对照例
39.a)取生物质秸秆为生物质碳原料，利用蒸馏水清洗生物质秸秆表面，且清洗后自然晾干生物质秸秆表面的水分；
40.b)利用粉碎机粉碎清洗后的生物质秸秆，且粉碎后的生物质秸秆依次经100目筛网过筛处理、80℃烘箱烘干处理；
41.c)将去离子水与粉碎后的生物质秸秆放入水热反应釜中，保证去离子水浸没粉碎后的生物质秸秆，在240℃温度下水热碳化处理2h；
42.4)利用盐酸溶液冲洗碳化后的生物质秸秆中的水溶性灰分；
43.d)利用去离子水将碳化后的生物质秸秆淋洗至中性，烘干，得到未改性的生物质碳。
44.综上，结合图1及图2可知，明显可知实施例中所制备的改性生物质碳相比于对照例中所制备的生物质碳具有更多、更大的孔隙结构。
45.另外，针对上述实施例及对照例，还提供如下吸附试验：
46.污水处理厂的二沉池污水中含有各种重金属元素，用污水处理厂二沉池污水模拟含重金属元素废水。具体，利用icp-oes检测二沉池污水中各金属元素的初始含量如下表1。
47.表1
[0048] casnalfe二沉池污水69.35370.25872.42470.9821
[0049]
实验一，关于对照例试验：
[0050]
取二沉池污水10ml于玻璃离心管中，加入0.02g对照例所制备的生物质碳，混合均匀后置于转速150rpm、温度25℃的摇床中，连续振荡12h后取出，静置沉淀12h，过滤后对滤液进行icp-oes重金属元素测定，获得如下表2；
[0051]
表2
[0052] casnalfe滤液45.80350.34612.34461.0271
[0053]
实验二，关于实施例试验：
[0054]
取二沉池污水10ml于玻璃离心管中，加入0.02g改性生物质碳，混合均匀后置于转速150rpm、温度25℃的摇床中，连续振荡12小时后取出，静置沉淀12小时，过滤后对滤液进行icp-oes重金属元素测定，获得如下表3；
[0055]
表3
[0056] casnalfe滤液42.00340.20482.24400.9756
[0057]
结合上述表1、表2及表3中所记录的各金属元素含量可知：实施例所制备的改性生物质碳和对照例所制备的生物质碳对二沉池污水中的金属元素均具有一定的吸附能力；其中，改性生物质碳相比于生物质碳具有更好的重金属吸附效果，且不会造成生物质元素溶解的二次污染。
[0058]
上述描述中，虽然将各步骤描述成顺序的处理，但是其中的许多步骤可以被择一的、并行地、并发地或者同时实施。此外，各步骤的顺序可以被重新安排。并且，当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等。
[0059]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。