一种利用水生植物废弃物制备阴离子吸附剂的方法
【专利摘要】本发明涉及一种利用水生植物废弃物制阴离子吸附剂的方法，包括下述步骤：将水生植物自然风干；加入N?N?二甲基甲酰胺、环氧氯丙烷、二乙烯三胺、三乙胺后充分混匀；放入到空气干燥箱中反应；用去离子水反复冲洗后，放入到空气干燥箱中干燥；即得目的产物水生植物阴离子吸附剂。本发明吸附剂可有效的去除污水中的硝酸根以及磷酸根，提升秋冬季人工湿地的运作效率，并促进水生植物的资源化利用。
【专利说明】
一种利用水生植物废弃物制备阴离子吸附剂的方法
技术领域
[0001]本发明属水处理技术领域，具体涉及一种利用水生植物废弃物制备阴离子吸附剂的方法。
【背景技术】
[0002]随着社会经济的快速发展，大量废水和农田径流排入自然水体，导致水体硝酸根以及磷酸根等阴离子含量升高，富营养化问题日趋严重，长期饮用硝酸根以及磷酸根含量超标的水体将会对人类健康产生不利影响。
[0003]人工湿地作为一种简单以及经济的方式变得受到欢迎，通过水生植物的吸收以及根系的反硝化作用，有效的降低包含农田径流以及处理城市污水高含量的硝酸根以及磷酸根等阴离子。人工湿地去除水体中的硝酸根以及磷酸根等阴离子重要依赖于植物吸收以及反硝化作用。其中，温度是非常重要的因素。
[0004]在我国北方冬季人工湿地系统温度降低，反硝化作用减弱，硝氮的去除率降低。并且，由于挺水植物在秋冬季会衰亡腐解，对水体造成二次污染。如何保证北方冬季人工湿地正常运行，并提高资源利用率，是现今北方冬季人工湿地处理含有高硝酸根以及磷酸根等阴离子废水的热点及难点。
【发明内容】
[0005]本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种利用水生植物废弃物制备一种阴离子吸附剂的方法。通过将水生植物与环氧氯丙烷和二甲胺发生交联、叔胺化反应，研制出能够高效去除水中硝酸根、磷酸根的阴离子交换剂，这种方法制备的水生植物阴离子吸附剂对硝酸根以及磷酸根等阴离子吸附能力强，稳定性高，可重复使用，无二次污染，可以在我国北方冬季用于去除人工湿地高硝酸根以及磷酸根废水。
[0006]为解决上述技术问题，本发明是这样实现的:
利用水生植物废弃物制备阴离子吸附剂的方法，可按如下步骤实施:
(1)将水生植物自然风干，使其内部含水率低于10wt%，然后粉碎过40目筛子，获得水生植物粉末；
(2)称取步骤(I)所述水生植物粉末，将其置于锥形瓶中，并向锥形瓶中加入N-N-二甲基甲酰胺、环氧氯丙烷、二乙烯三胺、三乙胺后充分混匀；
(3 )将步骤(2 )含有水生植物粉末的锥形瓶放入到空气干燥箱中反应；
(4)将步骤(3)反应后的水生植物粉末取出，用去离子水反复冲洗后，放入到空气干燥箱中干燥;即得目的产物水生植物阴离子吸附剂。
[0007]作为一种优选方案，本发明所述水生植物为芦苇、香蒲或茭草中的一种。
[0008]进一步地，本发明所述步骤(2)中水生植物粉末与N-N-二甲基甲酰胺、环氧氯丙烷、二乙烯三胺、三乙胺的质量体积比为3-7:1-3:1-5:0.5-2:1-3;其中水生植物粉末的质量单位为克，N-N-二甲基甲酰胺、环氧氯丙烷、二乙烯三胺、三乙胺体积的单位为毫升。
[0009]进一步地，本发明所述步骤(2)中水生植物粉末与N-N-二甲基甲酰胺、环氧氯丙烷、二乙烯三胺、三乙胺的质量体积比为5:2:3:1:2;其中水生植物粉末的质量单位为克，N-N-二甲基甲酰胺、环氧氯丙烷、二乙烯三胺、三乙胺体积的单位为毫升。
[0010]进一步地，本发明所述步骤(3)中含有水生植物粉末的锥形瓶放入到空气干燥箱以85 °C，反应时间为2 ho
[0011]进一步地，本发明所述步骤(4)中干燥箱中干燥温度为80°C。
[0012]因此，人工湿地中冬季的水生植物是丰富以及廉价的低成本天然材料，通过此方法制备的水生植物阴离子吸附剂成本低廉。并且可在人工湿地中原位收集水生植物并制备阴离子吸附剂，并再次移入到人工湿地中，减少了运输成本。
[0013]与现有技术相比，本发明具有如下特点:
(I)与现有吸附剂技术相比，本发明提供的水生植物阴离子吸附剂对硝酸根以及磷酸根等阴离子具备了很强的吸附能力，并且吸附性能非常高；水生植物芦苇制备的阴离子吸附剂对硝酸根以及磷酸根的最大吸附值分别为4.2436 mg.8_1与13.0871 mg.g_1。而他人文献制备的阴离子吸附剂对硝酸根以及磷酸根的最大吸附值一般在1-3 mg.g—1之间。
[0014](2)本发明提供的水生植物阴离子吸附剂，利用的水生植物废弃物是非常便宜以及容易获得的原材料。
[0015](3)本发明通过化学改性方法制备的阴离子吸附剂，具有相当的稳定性，吸附后解吸再生并可以重复使用。
[0016](4)本发明提供的制备方法简易，易于工业化生产。
[0017]本发明所制备的水生植物阴离子吸附剂以环氧氯丙烷作为醚化剂，在吡啶的催化作用下，与二甲胺发生交联反应，通过接入叔胺基团，改变水生植物的表面电性和对水中硝酸根、磷酸根的去除性能，对于我国北方冬季人工湿地中高硝酸根以及磷酸根废水有着特别优良的处理效果。
[0018]以去除冬季湿地污水中的硝酸根以及磷酸根为例，将20g水生植物芦苇制备的阴离子吸附剂投加到硝酸根以及磷酸根浓度分别为15 mg.!/1以及8 mg.!/1的I L废水中，硝酸根和磷酸根的浓度下降迅速，硝酸根在初期5 min，硝酸根的去除率就达到65.03%，20min后基本达到稳定，在320 min后，硝酸根的去除率达到84.31%。磷酸根在初期5 min，硝酸根的去除率就达到61.81%，80 min后基本达到稳定，在320 min后，硝酸根的去除率达到82.06%。经过水生植物阴离子吸附剂的吸附作用，吸附很快达到平衡，硝酸根被快速吸附去除，吸附后的水生植物阴离子吸附剂可以通过酸液洗脱后再回收利用。
[0019]较高的吸附速率对于实际应用有着重要的意义，吸附速率较快可以确保较高的去除效率。通过从人工湿地收集的水生植物枯落物，将其制备成水生植物阴离子吸附剂后，又重新投入到人工湿地中，可有效的去除污水中的硝酸根以及磷酸根，提升秋冬季人工湿地的运作效率，并促进水生植物的资源化利用。
【附图说明】
[0020]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步说明。本发明的保护范围不仅局限于下列内容的表述。
[0021]图1为本发明的工艺流程框图。
[0022]图2为20g芦苇制备阴离子吸附剂对I L的取自人工湿地含硝酸根以及磷酸根废水的吸附效果图。
【具体实施方式】
[0023]实施例1
(1)将芦苇自然风干，使其内部含水率低于10%，然后粉碎过40目筛子，获得芦苇粉末；
(2)称取步骤(I)所述芦苇粉末20g，将其置于锥形瓶中，依次加入8 mL N-N-二甲基甲酰胺、12 mL环氧氯丙烷、4 mL二乙烯三胺、8 mL三乙胺后充分混匀。
[0024](3)将步骤(2)含有芦苇粉末的锥形瓶放入到空气干燥箱中85 °C条件下反应2 h
(4)将反应后的芦苇粉末取出，用去离子水反复冲洗后，放入到空气干燥箱中80 °C干燥;即得目的产物芦苇阴离子吸附剂。
[0025]实施例2
(1)将香蒲自然风干，使其内部含水率低于10%，然后粉碎过40目筛子，获得香蒲粉末；
(2)称取步骤(I)所述香蒲粉末20g，将其置于锥形瓶中，依次加入8 mL N-N-二甲基甲酰胺、12 mL环氧氯丙烷、4 mL二乙烯三胺、8 mL三乙胺后充分混匀。
[0026](3)将步骤(2)含有香蒲粉末的锥形瓶放入到空气干燥箱中85 °C条件下反应2 h
(4)将反应后的香蒲粉末取出，用去离子水反复冲洗后，放入到空气干燥箱中80 °C干燥;即得目的产物香蒲阴离子吸附剂。
[0027]实施例3
(1)将茭草自然风干，使其内部含水率低于10%，然后粉碎过40目筛子，获得香蒲粉末；
(2)称取步骤(I)所述茭草粉末20g，将其置于锥形瓶中，依次加入8 mL N-N-二甲基甲酰胺、12 mL环氧氯丙烷、4 mL二乙烯三胺、8 mL三乙胺后充分混匀。
[0028](3)将步骤(2)含有茭草粉末的锥形瓶放入到空气干燥箱中85 °C条件下反应2 h。
[0029](4)将反应后的茭草粉末取出，用去离子水反复冲洗后，放入到空气干燥箱中800C干燥;即得目的产物茭草阴离子吸附剂。
[0030]实施例4
步骤(2)，称取步骤(I)所述茭草粉末3g，将其置于锥形瓶中，依次加入I mL N-N-二甲基甲酰胺、I mL环氧氯丙烷、0.5 mL二乙烯三胺、I mL三乙胺后充分混匀。其它步骤同实施例3 0
[0031]实施例5
步骤(2)，称取步骤(I)所述香蒲粉末7g，将其置于锥形瓶中，依次加入3 mL N-N-二甲基甲酰胺、5 mL环氧氯丙烷、2 mL二乙烯三胺、3 mL三乙胺后充分混匀。其它步骤同实施例2。
[0032]实施例6
步骤(2)，称取步骤(I)所述芦苇粉末6g，将其置于锥形瓶中，依次加入3 mL N-N-二甲基甲酰胺、I mL环氧氯丙烷、0.5 mL二乙烯三胺、3 mL三乙胺后充分混匀。其它步骤同实施例I O
[0033]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.利用水生植物废弃物制阴离子吸附剂的方法，其特征在于，按如下步骤实施: (1)将水生植物自然风干，使其内部含水率低于10wt%，然后粉碎过40目筛子，获得水生植物粉末； (2)称取步骤(I)所述水生植物粉末，将其置于锥形瓶中，并向锥形瓶中加入N-N-二甲基甲酰胺、环氧氯丙烷、二乙烯三胺、三乙胺后充分混匀； (3 )将步骤(2 )含有水生植物粉末的锥形瓶放入到空气干燥箱中反应； (4)将步骤(3)反应后的水生植物粉末取出，用去离子水反复冲洗后，放入到空气干燥箱中干燥;即得目的产物水生植物阴离子吸附剂。2.根据权利要求1利用水生植物废弃物制备阴离子吸附剂的方法，其特征在于:所述水生植物为芦苇、香蒲或茭草中的一种。3.根据权利要求1利用水生植物废弃物制备阴离子吸附剂的方法，其特征在于:所述步骤(2)中水生植物粉末与N-N-二甲基甲酰胺、环氧氯丙烷、二乙烯三胺、三乙胺的质量体积比为3-7:1-3:1-5:0.5-2:1-3;其中水生植物粉末的质量单位为克，N-N-二甲基甲酰胺、环氧氯丙烷、二乙烯三胺、三乙胺体积的单位为毫升。4.根据权利要求3所述的利用水生植物废弃物制备阴离子吸附剂的方法，其特征在于:所述步骤(2)中，水生植物粉末与N-N-二甲基甲酰胺、环氧氯丙烷、二乙烯三胺、三乙胺的质量体积比为5:2:3:1:2;其中水生植物粉末的质量单位为克，N-N-二甲基甲酰胺、环氧氯丙烷、二乙烯三胺、三乙胺体积的单位为毫升。5.根据权利要求1所述的利用水生植物废弃物制备阴离子吸附剂的方法，其特征在于:所述步骤(3)中含有水生植物粉末的锥形瓶放入到空气干燥箱以85 °C，反应时间为2 ho6.根据权利要求1所述的利用水生植物废弃物制备阴离子吸附剂的方法，其特征在于:所述步骤(4)中干燥箱中干燥温度为80 °C。
【文档编号】B01J20/30GK106000336SQ201610381085
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月1日
【发明人】王博, 杨登越, 李法云, 范志平, 郭仕林, 陈鑫
【申请人】辽宁石油化工大学