一種去除廢水中鉛離子的麥秸稈改性材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于水處理材料領(lǐng)域，涉及一種去除廢水中鉛離子的麥秸稈改性材料的制備方法。本發(fā)明提出的制備方法是將麥秸稈改性，具體工藝包括麥秸稈洗凈、粉碎、纖維素酶處理以及甲殼素改性等。本發(fā)明制備的麥秸稈改性材料具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）不涉及化學(xué)改性，工藝過程綠色、環(huán)保；（2）制備的麥秸稈改性材料純天然，可降解；（3）對(duì)廢水溶液中鉛離子的吸附能力強(qiáng)，每克麥秸稈改性材料可吸附820毫克的鉛離子，是常規(guī)化學(xué)改性麥秸稈材料的5～8倍。本發(fā)明制備的麥秸稈改性材料既可用于水處理廠含鉛離子廢水處理，也可用于家用凈水器，市場前景廣闊。
【專利說明】一種去除廢水中鉛離子的麥秸稈改性材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水處理材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種去除廢水中鉛離子的麥秸桿改性材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]含鉛廢水來自各種電池車間、選礦廠、石油化工廠等。電池工業(yè)是含鉛廢水的最主要來源，每生產(chǎn)I個(gè)電池至少造成鉛流失4.54mg，其次是石油工業(yè)生產(chǎn)汽油添加劑。盡管鉛不如銅、鎘常見，但它卻是廢水中的普通組分，尤其是電池廠在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量含鉛廢水，廢水中鉛含量超出國家標(biāo)準(zhǔn)百倍，對(duì)地下水源構(gòu)成很大威脅，如果不進(jìn)行處理而任意排放，必然給環(huán)境與社會(huì)帶來極大的危害。目前含鉛廢水的處理工藝，應(yīng)用較多、較成熟可靠的技術(shù)有:離子交換法、沉淀法、吸附法等。其中吸附法是利用吸附劑特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，如較高的表面活性、較大的比表面積、特殊的微孔結(jié)構(gòu)等。常用的吸附劑有改性膨潤土、粉煤灰、沸石、陶土、活性炭等。吸附法工藝具有除鉛效率高、成本適中的特點(diǎn)，因此具有良好的使用前景，特別是對(duì)一些吸附劑的改性之后處理效果更加可觀。
[0003]將麥秸桿用于含鉛廢水的處理，主要有以下幾種方法(Bioresourcee (2)(2011)2161-2287 ；Bioresource Technologyl04 (2012) 807 - 809): (I)將麥秸桿粉碎，與膨潤土等混合，制成顆粒狀水處理復(fù)合材料，這種方法成本低，但鉛離子吸附能力低，吸附飽和后不能循環(huán)再利用，造成固體廢棄物二次污染；(2)將麥秸桿粉碎，用酸或堿對(duì)秸桿進(jìn)行處理，破壞秸桿表面的二氧化硅層及蠟狀物，提高秸桿的比表面積，從而提高秸桿的鉛離子吸附能力，這種方法的缺點(diǎn)在于酸或堿處理工藝帶來環(huán)境污染，廢水分離凈化不易，鉛離子吸附能力未達(dá)到商用化水平；(3)將麥秸桿粉碎，用酒石酸、檸檬酸等有機(jī)酸對(duì)秸桿進(jìn)行改性(Bioresource Technology99 (2008) 6709 - 6724),在稻桿表面嫁接羧基，通過羧基對(duì)鉛離子的化學(xué)吸附，大幅度提高秸桿對(duì)鉛離子的吸附能力，通常能達(dá)到100?200毫克(鉛離子)/克(麥秸桿)，從而極大降低了含鉛廢水的處理成本，這種方法的缺點(diǎn)在于有機(jī)酸處理效率較低，酸與秸桿的重量比為0.5?1，過量的酸破壞秸桿的結(jié)構(gòu)，生成大量有機(jī)殘?jiān)瑯釉黾恿谁h(huán)境壓力。
[0004]本發(fā)明的創(chuàng)新性在于:(1)率先對(duì)麥秸桿進(jìn)行纖維素酶處理，提高了麥秸桿的比表面積，酶處理后的溶液的主要成分是多糖，是經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的工業(yè)原料，是環(huán)境友好型工藝；(2)改性試劑為甲殼素，是一種天然有機(jī)物，所制備的麥秸桿改性材料綠色、天然，可用于飲用水的凈化，從而擴(kuò)展了麥秸桿改性材料的應(yīng)用領(lǐng)域；(3)制備的麥秸桿改性材料對(duì)鉛離子的吸附量達(dá)820mg/g，即每克麥秸桿可吸附820mg的鉛離子，是常規(guī)麥秸桿改性材料的5?8倍；(4)將吸附鉛離子的麥秸桿改性材料用稀醋酸解吸附，再進(jìn)行“吸附-解吸附”工藝，可反復(fù)循環(huán)使用10次，進(jìn)一步降低了麥秸桿改性材料的使用成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明屬于水處理材料領(lǐng)域，涉及一種去除廢水中鉛離子的麥秸桿改性材料的制備方法。本發(fā)明提出的制備方法是將麥秸桿改性，具體工藝包括麥秸桿洗凈、粉碎、纖維素酶處理以及甲殼素改性等。本發(fā)明制備的麥秸桿改性材料具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)不涉及化學(xué)改性，工藝過程綠色、環(huán)保；(2)制備的麥秸桿改性材料純天然，可降解；(3)對(duì)廢水溶液中鉛離子的吸附能力強(qiáng)，每克麥秸桿改性材料可吸附820mg的鉛離子，是常規(guī)化學(xué)改性麥秸桿材料的5?8倍。本發(fā)明制備的麥秸桿改性材料既可用于水處理廠含鉛離子廢水處理，也可用于家用凈水器，市場前景廣闊。
[0006]本發(fā)明提出的去除廢水中鉛離子的麥秸桿改性材料的制備方法，其特征在于:
[0007]I)清潔麥秸桿:將麥秸桿漂洗、烘干；
[0008]2)麥秸桿粉碎:將清潔后的麥秸桿置于粉碎機(jī)中，粉碎成粒徑為20?100目的顆粒;
[0009]3)纖維素酶處理:將粉碎后的麥秸桿置于纖維素酶溶液中I?3小時(shí)，取出，用去離子水洗凈，干燥，得酶處理的麥秸桿。其中纖維素酶的活力為1000U/g，纖維素酶溶液的溶質(zhì)為去離子水，質(zhì)量濃度為1%?5%，每克麥秸桿施入纖維素酶按活力計(jì)為I?50U/g ；
[0010]4)甲殼素改性:將酶處理的麥秸桿置于甲殼素溶液中10?30分鐘，取出，置于干燥箱中，于60?80°C干燥3?6小時(shí)，冷卻，用去離子水洗凈，干燥，得麥秸桿改性材料。其中，甲殼素溶液的溶劑為去離子水、甲醇、乙醇、異丙醇、四氫呋喃之一種，質(zhì)量濃度為
0.1% ?5%。
[0011]將麥秸桿改性材料置于含鉛廢水中，調(diào)節(jié)溶液pH值為5?6，于20°C吸附4小時(shí)，廢水中鉛離子的濃度為100?2000mg/L，吸附完畢，過濾，通過檢測溶液中殘留鉛離子量，得出麥秸桿改性材料的鉛離子吸附量。
[0012]將吸附鉛離子的麥秸桿改性材料置于濃度為0.1M的醋酸溶液中0.5小時(shí)，過濾，洗凈，烘干，完成解吸附工藝，得再生的麥秸桿改性材料；將上述再生材料置于含鉛廢水中，進(jìn)行鉛離子吸附。如此多個(gè)循環(huán)，直至麥秸桿改性材料的鉛離子吸附量小于初次吸附量的80%。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為麥稻桿改性材料的掃描電鏡照片。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面通過實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明
[0015]實(shí)施例1
[0016]將麥秸桿收割，用自來水洗凈，烘干，將清潔后的麥秸桿置于粉碎機(jī)中，粉碎成粒徑為20?100目的顆粒，將粉碎后的麥秸桿置于濃度為1%的纖維素酶水溶液中I小時(shí)，纖維素酶的活力為ιοοου/g，每克麥秸桿施入纖維素酶按活力計(jì)為lU/g，取出，用去離子水洗凈，干燥，得酶處理的麥秸桿。
[0017]將酶處理的麥秸桿置于0.1%的甲殼素水溶液中10分鐘，取出，置于干燥箱中，于60°C干燥3小時(shí)，冷卻，用去離子水洗凈，干燥，得麥秸桿改性材料。
[0018]將0.03g麥秸桿改性材料置于20mL含鉛廢水中，調(diào)節(jié)溶液pH值為5?6，于20°C吸附4小時(shí)，鉛廢水中鉛離子的濃度為100?2000mg/L，吸附完畢，過濾，通過檢測溶液中殘留鉛離子量，得出麥秸桿改性材料的鉛離子吸附量為789mg/g，即每克麥秸桿改性材料可吸附789mg鉛離子。
[0019]將吸附鉛離子的麥秸桿改性材料置于濃度為0.1M的醋酸溶液中0.5小時(shí)，過濾，洗凈，烘干，完成解吸附工藝，得再生的麥秸桿改性材料；將上述再生材料置于含鉛廢水中，進(jìn)行鉛離子吸附。如此10個(gè)循環(huán)，麥秸桿改性材料的鉛離子吸附量仍達(dá)670mg/g，大于初次吸附量的80%。
[0020]實(shí)施例2
[0021]將麥秸桿收割，用自來水洗凈，烘干，將清潔后的麥秸桿置于粉碎機(jī)中，粉碎成粒徑為20?100目的顆粒，將粉碎后的麥秸桿置于濃度為5%的纖維素酶水溶液中3小時(shí)，纖維素酶的活力為1000U/g，每克麥秸桿施入纖維素酶按活力計(jì)為50U/g，取出，用去離子水洗凈，干燥，得酶處理的麥秸桿。
[0022]將酶處理的麥秸桿置于5%的甲殼素甲醇溶液中30分鐘，取出，置于干燥箱中，于80°C干燥6小時(shí)，冷卻，用去離子水洗凈，干燥，得麥秸桿改性材料。
[0023]將0.03g麥秸桿改性材料置于20mL含鉛廢水中，調(diào)節(jié)溶液pH值為5?6，于20°C吸附4小時(shí)，鉛廢水中鉛離子的濃度為100?2000mg/L，吸附完畢，過濾，通過檢測溶液中殘留鉛離子量，得出麥秸桿改性材料的鉛離子吸附量為820mg/g，即每克麥秸桿改性材料可吸附820mg鉛離子。
[0024]將吸附鉛離子的麥秸桿改性材料置于濃度為0.1M的醋酸溶液中0.5小時(shí)，過濾，洗凈，烘干，完成解吸附工藝，得再生的麥秸桿改性材料；將上述再生材料置于含鉛廢水中，進(jìn)行鉛離子吸附。如此10個(gè)循環(huán)，麥秸桿改性材料的鉛離子吸附量仍達(dá)720mg/g，大于初次吸附量的80%。
[0025]實(shí)施例3
[0026]將麥秸桿收割，用自來水洗凈，烘干，將清潔后的麥秸桿置于粉碎機(jī)中，粉碎成粒徑為20?100目的顆粒，將粉碎后的麥秸桿置于濃度為3%的纖維素酶水溶液中2小時(shí)，纖維素酶的活力為1000U/g，每克麥秸桿施入纖維素酶按活力計(jì)為20U/g，取出，用去離子水洗凈，干燥，得酶處理的麥秸桿。
[0027]將酶處理的麥秸桿置于1%的甲殼素乙醇溶液中20分鐘，取出，置于干燥箱中，于70°C干燥2小時(shí)，冷卻，用去離子水洗凈，干燥，得麥秸桿改性材料。
[0028]將0.03g麥秸桿改性材料置于20mL含鉛廢水中，調(diào)節(jié)溶液pH值為5?6，于20°C吸附4小時(shí)，鉛廢水中鉛離子的濃度為100?2000mg/L，吸附完畢，過濾，通過檢測溶液中殘留鉛離子量，得出麥秸桿改性材料的鉛離子吸附量為813mg/g，即每克麥秸桿改性材料可吸附813mg鉛離子。
[0029]將吸附鉛離子的麥秸桿改性材料置于濃度為0.1M的醋酸溶液中0.5小時(shí)，過濾，洗凈，烘干，完成解吸附工藝，得再生的麥秸桿改性材料；將上述再生材料置于含鉛廢水中，進(jìn)行鉛離子吸附。如此10個(gè)循環(huán)，麥秸桿改性材料的鉛離子吸附量仍達(dá)683mg/g，大于初次吸附量的80%。
[0030]實(shí)施例4
[0031]將麥秸桿收割，用自來水洗凈，烘干，將清潔后的麥秸桿置于粉碎機(jī)中，粉碎成粒徑為20?100目的顆粒，將粉碎后的麥秸桿置于濃度為4%的纖維素酶水溶液中3小時(shí)，纖維素酶的活力為?οοου/g，每克麥秸桿施入纖維素酶按活力計(jì)為40U/g，取出，用去離子水洗凈，干燥，得酶處理的麥秸桿。
[0032]將酶處理的麥秸桿置于3%的甲殼素異丙醇溶液中25分鐘，取出，置于干燥箱中，于65°C干燥1.5小時(shí)，冷卻，用去離子水洗凈，干燥，得麥秸桿改性材料。
[0033]將0.03g麥秸桿改性材料置于20mL含鉛廢水中，調(diào)節(jié)溶液pH值為5?6，于20°C吸附4小時(shí)，鉛廢水中鉛離子的濃度為100?2000mg/L，吸附完畢，過濾，通過檢測溶液中殘留鉛離子量，得出麥秸桿改性材料的鉛離子吸附量為816mg/g，即每克麥秸桿改性材料可吸附816mg鉛離子。
[0034]將吸附鉛離子的麥秸桿改性材料置于濃度為0.1M的醋酸溶液中0.5小時(shí)，過濾，洗凈，烘干，完成解吸附工藝，得再生的麥秸桿改性材料；將上述再生材料置于含鉛廢水中，進(jìn)行鉛離子吸附。如此10個(gè)循環(huán)，麥秸桿改性材料的鉛離子吸附量仍達(dá)698mg/g，大于初次吸附量的80%。
[0035]實(shí)施例5
[0036]將麥秸桿收割，用自來水洗凈，烘干，將清潔后的麥秸桿置于粉碎機(jī)中，粉碎成粒徑為20?100目的顆粒，將 粉碎后的麥秸桿置于濃度為1%的纖維素酶水溶液中3小時(shí)，纖維素酶的活力為1000U/g，每克麥秸桿施入纖維素酶按活力計(jì)為10U/g，取出，用去離子水洗凈，干燥，得酶處理的麥秸桿。
[0037]將酶處理的麥秸桿置于0.5%的甲殼素四氫呋喃溶液中30分鐘，取出，置于干燥箱中，于80°C干燥3小時(shí)，冷卻，用去離子水洗凈，干燥，得麥秸桿改性材料。
[0038]將0.03g麥秸桿改性材料置于20mL含鉛廢水中，調(diào)節(jié)溶液pH值為5?6，于20°C吸附4小時(shí)，鉛廢水中鉛離子的濃度為100?2000mg/L，吸附完畢，過濾，通過檢測溶液中殘留鉛離子量，得出麥秸桿改性材料的鉛離子吸附量為819mg/g，即每克麥秸桿改性材料可吸附819mg鉛離子。
[0039]將吸附鉛離子的麥秸桿改性材料置于濃度為0.1M的醋酸溶液中0.5小時(shí)，過濾，洗凈，烘干，完成解吸附工藝，得再生的麥秸桿改性材料；將上述再生材料置于含鉛廢水中，進(jìn)行鉛離子吸附。如此10個(gè)循環(huán)，麥秸桿改性材料的鉛離子吸附量仍達(dá)716mg/g，大于初次吸附量的80%。
[0040]實(shí)施例6
[0041]將麥秸桿收割，用自來水洗凈，烘干，將清潔后的麥秸桿置于粉碎機(jī)中，粉碎成粒徑為20?100目的顆粒，將粉碎后的麥秸桿置于濃度為4%的纖維素酶水溶液中2小時(shí)，纖維素酶的活力為1000U/g，每克麥秸桿施入纖維素酶按活力計(jì)為30U/g，取出，用去離子水洗凈，干燥，得酶處理的麥秸桿。
[0042]將酶處理的麥秸桿置于3%的甲殼素乙醇溶液中20分鐘，取出，置于干燥箱中，于70°C干燥3小時(shí)，冷卻，用去離子水洗凈，干燥，得麥秸桿改性材料。
[0043]將0.03g麥秸桿改性材料置于20mL含鉛廢水中，調(diào)節(jié)溶液pH值為5?6，于20°C吸附4小時(shí)，鉛廢水中鉛離子的濃度為100?2000mg/L，吸附完畢，過濾，通過檢測溶液中殘留鉛離子量，得出麥秸桿改性材料的鉛離子吸附量為780mg/g，即每克麥秸桿改性材料可吸附780mg鉛離子。
[0044]將吸附鉛離子的麥秸桿改性材料置于濃度為0.1M的醋酸溶液中0.5小時(shí)，過濾，洗凈，烘干，完成解吸附工藝，得再生的麥秸桿改性材料；將上述再生材料置于含鉛廢水中，進(jìn)行鉛離子吸附。如此10個(gè)循環(huán)，麥秸桿改性材料的鉛離子吸附量仍達(dá)703mg/g，大于初次吸附量的80%。
【權(quán)利要求】
1.一種去除廢水中鉛離子的麥秸桿改性材料的制備方法，其特征在于: 1)清潔麥秸桿:將麥秸桿漂洗、烘干； 2)麥秸桿粉碎:將清潔后的麥秸桿置于粉碎機(jī)中，粉碎成粒徑為20?100目的顆粒； 3)纖維素酶處理:將粉碎后的麥秸桿置于纖維素酶溶液中I?3小時(shí)，取出，用去離子水洗凈，干燥，得酶處理的麥秸桿；其中纖維素酶的活力為1000U/g，纖維素酶溶液的溶質(zhì)為去離子水，質(zhì)量濃度為1%?5%，每克麥秸桿施入纖維素酶按活力計(jì)為I?50U/g ； 4)甲殼素改性:將酶處理的麥秸桿置于甲殼素溶液中10?30分鐘，取出，置于干燥箱中，于60?80°C干燥3?6小時(shí)，冷卻，用去離子水洗凈，干燥，得麥秸桿改性材料；其中，甲殼素溶液的溶劑為去離子水、甲醇、乙醇、異丙醇、四氫呋喃之一種，質(zhì)量濃度為0.1%?5%。
【文檔編號(hào)】B01J20/30GK103433011SQ201310366732
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月21日
【發(fā)明者】藍(lán)碧健 申請(qǐng)人:太倉碧奇新材料研發(fā)有限公司