專利名稱：可治理含鎘廢水的互花米草活性炭的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生態(tài)工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用互花米草制備可治理 含鎘廢水的活性炭的方法。
背景技術(shù)：
互花米草原產(chǎn)美國(guó)東南部海岸，1979年引入我國(guó)，目的是為了保灘護(hù)岸、 改良土壤、綠化海灘和改善海灘生態(tài)環(huán)境。近20年來(lái)米草將我國(guó)沿海的許多 淤泥質(zhì)沙灘從不毛之地變?yōu)楹┚G地，提供了巨大的生產(chǎn)力，并且在我國(guó)海 堤保護(hù)及陸地圍墾等方面做出了巨大的貢獻(xiàn)。但是其密集生長(zhǎng)，根系發(fā)達(dá)， 草籽可隨風(fēng)四處飛揚(yáng)，蔓延迅速，抗逆性與繁殖力極強(qiáng)，導(dǎo)致灘涂生態(tài)失衡， 影響灘涂發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)；導(dǎo)致航道淤塞；造成水質(zhì)下降，海洋生物窒息死亡， 并誘發(fā)赤潮等。
當(dāng)前，對(duì)于互花米草的利用的研究只是屬于起步階段，利用米草秸稈生產(chǎn) 活性炭治理含鎘廢水的研究鮮有報(bào)道。研究表明，利用互花米草生產(chǎn)的活性 炭中含有豐富的羧基，內(nèi)酯基，酚羥基，羰基等含氧官能團(tuán)，對(duì)于鎘離子有 良好的吸附性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了有效的利用互花米草和治理含鎘廢水的污染，從而 提供一種活性炭的制備方法，實(shí)現(xiàn)了互花米草的有效利用以及含鎘廢水的有 效去除，具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下措施達(dá)到-
一種可治理含鎘廢水的互花米草活性炭的制備方法，其包括如下步驟-步驟l:將互花米草莖烘干并粉碎；
步驟2:用質(zhì)量含量為0.1 10%的硫酸溶液浸取粉碎后的互花米草粉末1~10h;
步驟3:過(guò)濾浸取后的固液混合物，將濾渣注入磷酸溶液中浸漬6 30h;
步驟4:將浸漬后的磷酸米草混合物烘干，在N2保護(hù)以及400 700。C下
煅燒活化0.5 10h;
步驟5:洗滌煅燒得到的活性炭并粉碎。
步驟1中，將收割的互花米草陰干，取莖，烘干，烘干溫度優(yōu)選為100 120°C，粉碎至粒徑小于150目，優(yōu)選過(guò)100目篩?；セ撞莞稍锊煌耆?，便 不能有效的粉碎，會(huì)影響活化的效果。秸稈只取莖部，葉部纖維素含量過(guò)高， 含鹽量過(guò)大，制取活性炭得率將降低；秸稈最佳取自互花米草成熟期，這樣 木質(zhì)素含量會(huì)有所升高。
步驟2中，硫酸溶液的加入可以去除秸稈中的無(wú)機(jī)鹽，減少其中灰分的 含量，從而得到米草團(tuán)；硫酸溶液的質(zhì)量含量?jī)?yōu)選為0.5 2%，最佳為1%。 硫酸溶液與粉碎后的互花米草粉末的質(zhì)量比為1:5 15。浸取時(shí)間優(yōu)選為4 8h。
步驟3中，將步驟2中得到的固液混合物過(guò)濾，濾渣注入磷酸溶液，其 中磷酸溶液中的磷酸與原干米草的質(zhì)量比為0.3:1 3:1，磷酸溶液中水的量 并無(wú)特定要求，但為了防止磷酸溶液過(guò)稀或含水過(guò)少， 一般將其質(zhì)量含量配 成40 80%，如60%。浸漬的反應(yīng)時(shí)間優(yōu)選為12 24h，得到磷酸米草混合 物。
步驟4中，磷酸米草混合物不經(jīng)分離而一起烘干干燥，磷酸溶液和米草 混合均勻，而不通過(guò)過(guò)濾去除磷酸溶液；干燥的目的是為了減少水分對(duì)于活 化階段的腐蝕，同時(shí)使磷酸和米草粘合，增加活化效果。烘干溫度優(yōu)選為 100 12(TC。煅燒活化可以一般常用的活化爐(如管式電阻爐)中進(jìn)行，煅 燒活化時(shí)間優(yōu)選為1 4h。通入N2是為了保護(hù)反應(yīng)物質(zhì)不受氧氣的氧化而降 低了得率。
步驟5中，用水洗滌煅燒得到的活性炭至pH5 7以除去多余的磷酸， 優(yōu)選洗至中性或接近中性，在加熱的條件下去除效果會(huì)更佳。洗滌后再粉碎至粒徑小于150目，優(yōu)選過(guò)100目篩。
本發(fā)明制得的活性炭的吸附效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通的活性炭，對(duì)于金屬離子 的吸附效果更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)有的活性炭。實(shí)施例中通過(guò)對(duì)含鎘廢水的處理證 實(shí)了本發(fā)明所得的互花米草活性炭對(duì)鎘離子具有良好的去除效果。
發(fā)明的從互花米草秸稈中制取活性炭治理含鎘廢水的方法，利用海岸的 入侵物種互花米草，采用磷酸活化法制取活性炭處理含鎘廢水?；セ撞葜?含有大量的鹽分，直接利用其作為原料制取活性炭，無(wú)機(jī)鹽的析出將會(huì)對(duì)后 續(xù)的廢水處理產(chǎn)生比較大的影響，故在利用磷酸活化之前采用硫酸溶液進(jìn)行 預(yù)處理，溶解其中大部分鹽分，同時(shí)水解去除其中一部分有機(jī)成分，例如醇 類、羧酸類等，這些成分由于含氧量比較高，在高溫的條件容易與炭形成碳 氧化合物，從而降低活性炭的產(chǎn)量。將預(yù)處理過(guò)的互花米草粉末加入磷酸浸 漬(利用磷酸活化法相對(duì)于其它的方法來(lái)說(shuō)，具有工藝具有污染少、炭化溫 度低等優(yōu)點(diǎn)，并且其得率相對(duì)比較高)，經(jīng)過(guò)磷酸浸漬后的混合物質(zhì)干燥后， 作為高溫活化的原料，本方法采用的是炭化和活化同時(shí)進(jìn)行，可以有效的利 用能源，減少了操作的步驟，實(shí)驗(yàn)證明，采用這種方法制取的活性炭吸附鎘 離子，可以達(dá)到良好的去除效果。制取的活性炭經(jīng)過(guò)洗滌凈化，干燥后得到 了活性炭產(chǎn)品。利用這種活性炭替代商業(yè)活性炭處理含鎘廢水，可以達(dá)到良 好的處理效果。
本發(fā)明的一種從互花米草秸稈中制取活性炭治理含鎘廢水的方法，去除 了大量鹽分的干擾，制取了表面官能團(tuán)豐富的活性炭產(chǎn)品，得率在42%~48% 之間，利用這種活性炭處理含鎘廢水，吸附容量在ll 48.25mg/g之間，遠(yuǎn)遠(yuǎn) 的高于一般的商業(yè)活性炭，充分的利用了廢棄物，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益、 良好的社會(huì)效益和環(huán)境效應(yīng)。


圖l是本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)實(shí)例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的工藝步驟。 實(shí)施例1
(1) 將互花米草陰干，取莖，在烘箱120。C下烘干，粉碎機(jī)粉碎，過(guò)100目 篩。
(2) 利用1% (質(zhì)量比)硫酸溶液浸取互花米草粉末，其中硫酸溶液和米草 的質(zhì)量比為I:IO，反應(yīng)時(shí)間為4h。
(3) 固液混合物過(guò)濾，濾渣注入磷酸溶液，其中磷酸與原干米草的質(zhì)量比 為1:1，反應(yīng)是時(shí)間為12h。
(4) 磷酸米草混合物在120"C下烘干后，裝入管式電阻爐中，在通入N2條 件下進(jìn)行活化，其中煅燒溫度為700°C,升溫為5°C/min，在700'C下 煅燒時(shí)間為2h。
(5) 利用清水洗滌煅燒得到的活性炭，加熱煮沸，洗至接近中性，干燥， 粉碎，過(guò)100目篩，得到成品活性炭，得率43%。
由本實(shí)施例得到的活性炭產(chǎn)品對(duì)于鎘的吸附容量為48.25mgCd2+/mg活 性炭，20mg/L的含鎘溶液的吸附效率為99%以上，10mg/L的含鎘溶液處理 后溶液濃度為0.05mg/L,達(dá)到了國(guó)家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。 實(shí)施例2:
其它條件不變，將實(shí)施例1的(4)中的溫度改為600'C，最終得率45%。 由本實(shí)施例得到的活性炭產(chǎn)品對(duì)于鎘的吸附容量為41.37mgCd2+/mg活
性炭，20mg/L的含鎘溶液的吸附效率為98.9%以上，10mg/L的含鎘溶液處
理后溶液濃度為0.07mg/L，達(dá)到了國(guó)家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。
實(shí)施例3:
其它條件不變，將實(shí)施例1的(3)中的反應(yīng)時(shí)間改為20h，將實(shí)施例1 的(4)中的溫度改為50(TC，最終得率47%。
由本實(shí)施例得到的活性炭產(chǎn)品對(duì)于鎘的吸附容量為28.1mgCd2+/mg活性 炭，20mg/L的含鎘溶液的吸附效率為96.1%以上，10mg/L的含鎘溶液處理后溶液濃度為0.07mg/L，達(dá)到了國(guó)家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。 實(shí)施例4
其它條件不變，將實(shí)施例1的(2)中硫酸溶液質(zhì)量含量改為2%，將實(shí) 施例1的(3)中的注入比改為0.5:1，實(shí)施例1的(4)中的溫度改為500°C。 由本實(shí)施例得到的活性炭產(chǎn)品對(duì)于鎘的吸附容量為21.62mgCd2+/mg活 性炭，12mg/L的含鎘溶液的吸附效率為86%以上，6mg/L的含鎘溶液處理后 溶液濃度為0.132mg/L。 實(shí)施例5:
其它條件不變，將實(shí)施例1的(2)中的反應(yīng)時(shí)間改為7h，實(shí)施例1的 (3)中的注入比改為2:1，實(shí)施例l的(4)溫度改為500'C。
由本實(shí)施例得到的活性炭產(chǎn)品對(duì)于鎘的吸附容量為22.36mgCd2+/mg活 性炭，13mg/L的含鎘溶液的吸附效率為87。/。以上，6mg/L的含鎘溶液處理后 溶液濃度為0.176mg/L。 實(shí)施例6:
其它條件不變，將實(shí)施例1的(3)中的注入比改為3:1，實(shí)施例1的(4) 溫度改為50(TC。
由本實(shí)施例得到的活性炭產(chǎn)品對(duì)于鎘的吸附容量為11.7mgCd2+/mg活性 炭，12mg/L的含鎘溶液的吸附效率為50。/。以上。 實(shí)施例7:
其它條件不變，將實(shí)施例1的(3)中的注入比改為1:1，實(shí)施例1的(4) 溫度改為400'C,煅燒時(shí)間改為3h，最終得率48%。
由本實(shí)施例得到的活性炭產(chǎn)品對(duì)于鎘的吸附容量為UmgCd2+/mg活性 炭，6mg/L的含鎘溶液的吸附效率為66Q/。以上。
權(quán)利要求
1、一種可治理含鎘廢水的互花米草活性炭的制備方法，其包括如下步驟步驟1將互花米草莖烘干并粉碎；步驟2用質(zhì)量含量為0.1～10％的硫酸溶液浸取粉碎后的互花米草粉末1～10h；步驟3過(guò)濾浸取后的固液混合物，將濾渣注入磷酸溶液中浸漬6～30h；步驟4將浸漬后的磷酸米草混合物烘干，在N2保護(hù)以及400～700℃下煅燒活化0.5～10h；步驟5洗滌煅燒得到的活性炭并粉碎。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟1中的烘干溫度為 濯 120。C，粉碎至粒徑小于150目。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟2中硫酸溶液的質(zhì) 量含量為0.5 2%，浸取時(shí)間為4 8h。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的制備方法，其特征在于步驟2中硫酸溶液 與粉碎后的互花米草粉末的質(zhì)量比為1:5 15。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟3中磷酸與粉碎后 的互花米草粉末的質(zhì)量比為0丄1 3:1，浸漬時(shí)間為12 24h。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟4中烘干溫度為 100 120°C，煅燒活化時(shí)間為l 4h。 、
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟5中洗滌煅燒得到 的活性炭至pH5 7，粉碎至粒徑小于150目。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種可治理含鎘廢水的互花米草活性炭的制備方法，將互花米草莖烘干并粉碎；用質(zhì)量含量為0.1～10％的硫酸溶液浸取粉碎后的互花米草粉末1～10h；過(guò)濾浸取后的固液混合物，將濾渣注入磷酸溶液中浸漬6～30h；將浸漬后的磷酸米草混合物烘干，在N₂保護(hù)以及400～700℃下煅燒活化0.5～10h；洗滌煅燒得到的活性炭并粉碎。本發(fā)明排除了大量鹽分的干擾，制取了表面官能團(tuán)豐富的活性炭產(chǎn)品，得率在42％～48％之間，利用這種活性炭處理含鎘廢水，吸附容量在11～48.25mg/g之間，遠(yuǎn)遠(yuǎn)的高于一般的商業(yè)活性炭，充分的利用了廢棄物，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益、良好的社會(huì)效益和環(huán)境效應(yīng)。
文檔編號(hào)B01J20/20GK101306813SQ20081012426
公開(kāi)日2008年11月19日 申請(qǐng)日期2008年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月4日
發(fā)明者琳 倫, 馮景偉, 張繼彪, 李坤權(quán), 李繼紅, 王衛(wèi)平, 羅興章, 耳 聶, 趙國(guó)華, 鄒星星, 正 鄭, 高順枝, 黃星發(fā) 申請(qǐng)人:南京大學(xué)