一种利用废弃大豆壳制备酸性矿山废水吸附材料的方法
【技术领域】
[0001]本发明公开了一种利用废弃大豆壳制备酸性矿山废水吸附材料的方法，属于废水处理技术领域。
【背景技术】
[0002]据统计，我国各类矿山废水排放量大约为每年25亿m3，约占全国工业废水排放量的10%。其中酸性矿山废水(AMD)，由于酸性强、排量大、含有大量可溶态的有毒金属离子和S042，成为矿山开采过程中最为严重的环境问题之一。AMD的来源通常认为是在煤矿和各类金属矿的开采过程中，含硫化物矿石暴露在空气中被氧化，经过雨水和选矿水的淋洗后逐渐形成含有大量H+、S042和一些有毒金属元素的废水。此废水极有可能随雨水进入溪流、堤坝中，进而污染河流和地下水，造成地区性的生态和环境问题。为此，许多国家相继投入了大量的人力、物力去研究寻找AMD的源头控制技术和处理方法。考虑到AMD中重金属的危害大，后果严重，所开发的废水处理技术大多是针对重金属的去除，如沉淀法、膜分离法以及吸附法。
[0003]然而AMD中SO42环境危害是不容忽视的。硫酸盐在微生物的作用下会被还原降解，该过程会释放恶臭气体硫化氢，而且涉及电子转移，会对金属管道造成电化学腐蚀，也有研究指出水体中S042浓度的增加会直接加重混凝土构筑物的腐蚀破坏;从长远考虑，若对AMD中的S042放任不管，使其随溪流扩散，渗入地下水，与Ca2+、Mg2+结合增加地下水硬度，威胁矿区饮水安全。尽管硫元素是人体代谢所需的重要营养元素，但过多摄入可能引发严重的健康问题，如疟疾和结石。
[0004]常用的SO42去除技术如钡盐和钙盐沉淀法，冷冻法，主要是针对工业用水中SO42去除，由于AMD水量太大，pH值较低，这些方法并不适用。而且化学加药沉淀法运行成本较高，可能造成二次污染或需要进行后处理。与此相比，吸附法由于其选择性高，迅速有效的特点，尤其是随着廉价吸附材料的开发利用，其处理成本可随之大幅降低，具有很好的发展前景。因此开发成本低廉，吸附容量合适的吸附材料具有很重要的应用价值。
【发明内容】
[0005]本发明主要解决的技术问题:针对目前酸性矿山废水中SO42含量较大，对于环境以及人体危害大，而传统的去除技术在处理时，存在运行成本高、可造成二次环境污染以及去除率比较低的问题，提供了一种利用废弃大豆壳为原材料，通过将其粉碎后加入去离子水反应离心，之后在离心滤渣中加入盐酸溶液以及氢氧化钠溶液改性，随后加入鸡蛋壳增强吸附性，最后通过微波烧结炉得到了一种利用废弃大豆壳制备酸性矿山废水吸附材料。本发明制得的酸性矿山废水吸附材料原料易得，降低了成本，实现了废物利用，而且操作简单易行，吸附效果显著，使得酸性矿山废水中SO42的去除率达到了90%以上。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:
(I)取500?800g废弃大豆壳，用清水反复冲洗I?3次，去除表面泥土和杂质后，均匀铺在菠萝筛中，放于太阳下暴晒8?10h，其中每隔2h翻晒一次，直至大豆壳无任何水分，颜色为枯黄色为止；
(2)将上述翻晒变色后的大豆壳投入粉碎机中，粉碎10?15min，过80?100目筛，得大豆壳颗粒，之后在得到的大豆颗粒放入反应釜中，并在其中加入大豆颗粒质量4?6倍去离子水，搅拌混合均匀，在70?80°C下加热3?4h，待加热完毕，将加热后的大豆混合物移入离心机中，在800?900r/min的转速下离心处理20?25min，去上清液，得离心豆渣；
(3)在上述得到的离心豆渣放入容器中，置于阴凉处，让其自然冷却至室温，待冷却后，在容器中加入浓度为0.2?0.4mol/L的盐酸溶液，使得溶液高出豆渣表面3?5cm，浸泡I?3h，取出，自然风干，20min后，再在容器中加入豆渣质量3?4倍浓度为0.3?0.5mol/L的氢氧化钠溶液，充分混合后，浸泡2?4h，取出，自然风干；
(4)取10?15个鸡蛋，去蛋黄、蛋清，留鸡蛋壳，置于粉碎机中，粉碎5?8min，过130?150目筛，得鸡蛋壳粉末，将得到的鸡蛋壳粉末中加入上述步骤得到的风干后的豆渣，并加入鸡蛋壳质量8?12倍的清水，混合搅拌后，移入发酵罐中，调节发酵温度为30?50°C，密封发酵2?5天，之后提升发酵温度为38?55°C，密封发酵6?9天；
(5)待上述发酵完毕，取出，放置在超声振荡仪中，超声振荡反应45?50min，设置超声频率为25?35KHz，超声功率为100?200W，之后过滤去除滤液，得到滤渣；
(6)将得到的滤渣放入温度为800?1000°C的微波烧结炉中，在一氧化碳或者氢气还原气氛下，以10?15°C/min的速度升温，直至温度达到900?1100°C时停止升温，保温2?3h，即可得到一种利用废弃大豆壳制得的酸性矿山废水吸附材料。
[0007]本发明的应用方法是:将本发明利用废弃大豆壳制得的酸性矿山废水吸附材料直接投入到待处理的酸性矿山废水中，其中投入量为25?50mg/L，充分搅拌后，使其吸附废水中S042’经过3?5h，用检测器检测，测得酸性矿山废水中的SO42含量从300?500mg//L降低到了 1.2?2.3mg/L，去除率高达90 %以上，达到国家污水排放标准。
[0008]本发明的有益效果是:
(1)以废弃大豆壳为原材料，原料易得，成本低廉，且没有化学成分，对于环境没有污染，实现了废物利用；
(2)操作简单易行，吸附效果显著，使得酸性矿山废水中SO42的去除率达到了90%以上。
【具体实施方式】
[0009]首先取500?800g废弃大豆壳，用清水反复冲洗I?3次，去除表面泥土和杂质后，均匀铺在菠萝筛中，放于太阳下暴晒8?10h，其中每隔2h翻晒一次，直至大豆壳无任何水分，颜色为枯黄色为止;然后将上述翻晒变色后的大豆壳投入粉碎机中，粉碎10?15min，过80?100目筛，得大豆壳颗粒，之后在得到的大豆颗粒放入反应釜中，并在其中加入大豆颗粒质量4?6倍去离子水，搅拌混合均匀，在70?80°C下加热3?4h，待加热完毕，将加热后的大豆混合物移入离心机中，在800?900r/min的转速下离心处理20?25min，去上清液，得离心豆渣;接下来在上述得到的离心豆渣放入容器中，置于阴凉处，让其自然冷却至室温，待冷却后，在容器中加入浓度为0.2?0.4mol/L的盐酸溶液，使得溶液高出豆渣表面3?5cm，浸泡I?3h，取出，自然风干，20min后，再在容器中加入豆渣质量3?4倍浓度为0.3?0.5mol/L的氢氧化钠溶液，充分混合后，浸泡2?4h，取出，自然风干;之后取10?15个鸡蛋，去蛋黄、蛋清，留鸡蛋壳，置于粉碎机中，粉碎5?8min，过130?150目筛，得鸡蛋壳粉末，将得到的鸡蛋壳粉末中加入上述步骤得到的风干后的豆渣，并加入鸡蛋壳质量8?12倍的清水，混合搅拌后，移入发酵罐中，调节发酵温度为30?50°C，密封发酵2?5天，之后提升发酵温度为38?55°C，密封发酵6?9天;待上述发酵完毕，取出，放置在超声振荡仪中，超声振荡反应45?50min，设置超声频率为25?35KHz，超声功率为100?200W，之后过滤去除滤液，得到滤渣;最后将得到的滤渣放入温度为800?1000°C的微波烧结炉中，在一氧化碳或者氢气还原气氛下，以10?15°C/min的速度升温，直至温度达到900?1100°C时停止升温，保温2?3h，即可得到一种利用废弃大豆壳制得的酸性矿山废水吸附材料。
[0010]实例I
首先取500g废弃大豆壳，用清水反复冲洗I次，去除表面泥土和杂质后，均匀铺在菠萝筛中，放于太阳下暴晒8h，其中每隔2h翻晒一次，直至大豆壳无任何水分，颜色为枯黄色为止;然后将上述翻晒变色后的大豆壳投入粉碎机中，粉碎lOmin，过80目筛，得大豆壳颗粒，之后在得到的大豆颗粒放入反应釜中，并在其中加入大豆颗粒质量4倍去离子水，搅拌混合均匀，在70°C下加热3h，待加热完毕，将加热后的大豆混合物移入离心机中，在800r/min的转速下离心处理20min，去上清液，得离心豆渣;接下来在上述得到的离心豆渣放入容器中，置于阴凉处，让其自然冷却至室温，待冷却后，在容器中加入浓度为0.2mol/L的盐酸溶液，使得溶液高出豆渣表面3cm，浸泡Ih，取出，自然风干，20min后，再在容器中加入豆渣质量3倍浓度为0.3mol/L的氢氧化钠溶液，充分混合后，浸泡2h