一種用于吸附水中砷的玉米秸稈的改性制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于吸附水中砷的玉米秸稈的改性制備方法。本發(fā)明是將風(fēng)干的玉米秸稈除去中間節(jié)，剪成短桿，洗滌并烘干至恒重，去除表面硬皮，剪切成秸稈顆粒，將秸稈顆粒浸泡在異丙醇中8~10h，用去離子水洗凈后烘干，再浸泡在濃度為0.8~1.2mol/L的NaOH溶液中6~8小時(shí)，用去離子水洗凈烘干，再浸泡在濃度為0.18~0.22mol/L的草酸中6~8小時(shí)，用去離子水洗凈，烘干，最終得到改性好的玉米秸稈吸附劑，其最大飽和吸附量達(dá)94μgAs（Ⅲ）/g（秸稈）。原料易得，價(jià)格低廉，且毒性低，改性方法操作步驟簡(jiǎn)單，條件易于達(dá)到，無(wú)需高溫高壓，容易實(shí)現(xiàn)，得到的改性玉米秸稈對(duì)砷的吸附效果好。
【專利說(shuō)明】一種用于吸附水中砷的玉米秸稈的改性制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于吸附水中砷的玉米秸桿的改性制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]世界上的許多地方都存在地下水和地表水砷含量超標(biāo)的現(xiàn)象，其中孟加拉、印度、泰國(guó)和我國(guó)的臺(tái)灣地區(qū)是亞洲砷超標(biāo)最為嚴(yán)重的國(guó)家和地區(qū)。在我國(guó)，砷中毒嚴(yán)重地區(qū)主要分布在山西、內(nèi)蒙古、新疆、寧夏等省(區(qū))。據(jù)水利部、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、衛(wèi)生部2004年11月一2005年6月對(duì)我國(guó)2674個(gè)縣級(jí)單位的調(diào)查結(jié)果，全國(guó)農(nóng)村飲用砷超標(biāo)水的人口為289萬(wàn)人，分布在23個(gè)省、自治區(qū)、直轄市(《全國(guó)農(nóng)村飲水安全現(xiàn)狀調(diào)查評(píng)估報(bào)告》);其中以山西、內(nèi)蒙古以及貴州等地病情最為嚴(yán)重。近年來(lái)，環(huán)境污染越來(lái)越嚴(yán)重，砷中毒事件也頻繁發(fā)生，且于1991年發(fā)現(xiàn)了一例由于飲用高砷地下水而導(dǎo)致的皮膚癌患者。隨著人民生活條件的提高，人們對(duì)健康狀況的要求越來(lái)越高，而且高砷型飲用水及其導(dǎo)致的地方性砷中毒，已經(jīng)引起國(guó)際社會(huì)的高度重視。許多國(guó)家和地區(qū)為此投入很多資金用來(lái)加強(qiáng)對(duì)高砷水的研究，以解決飲用水型砷中毒問(wèn)題；我國(guó)、美國(guó)和歐盟等已經(jīng)將飲水標(biāo)準(zhǔn)對(duì)砷的限值要求由0.05mg/L提高到0.01mg/Lo為了改善飲用水的水質(zhì)，防止飲用水型砷中毒的發(fā)生，開發(fā)高砷水的廉價(jià)高效處理技術(shù)顯得非常重要。
[0003]水中砷的去除主要有:吸附法、沉淀及混凝沉淀法、生物法、電凝聚法、離子交換法及膜分離技術(shù)等。吸附法以其操作簡(jiǎn)單、廉價(jià)、高效而備受青睞。吸附法去除水中砷是通過(guò)水中的砷與吸附劑間的物理或化學(xué)作用，吸附于吸附劑的表面，實(shí)現(xiàn)水中砷的去除，是去除飲用水中砷的主要方法之一，應(yīng)用前景廣闊。但目前吸附法除砷仍受限于吸附劑材料的選用與改性方面；生物質(zhì)(比如玉米秸桿)吸附劑以及廢棄物吸附劑因具有環(huán)境友好的特點(diǎn)，是今后研究砷吸附劑的主要方向之一，應(yīng)盡快形成高效、經(jīng)濟(jì)的除砷工藝，開發(fā)新設(shè)備，滿足工程應(yīng)用的需要；生物質(zhì)的富集能力、對(duì)砷的吸附機(jī)理和水中砷形態(tài)分布更需深入研究，為工業(yè)應(yīng)用奠定理論基石。
[0004]我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)作物秸桿資源豐富，其中的玉米秸桿每年產(chǎn)量達(dá)上億噸，但目前這些秸桿得不到合理的利用，大部分被隨意丟棄在農(nóng)田或就地焚燒，不但造成了資源浪費(fèi)，還造成環(huán)境污染。隨著農(nóng)業(yè)和加工技術(shù)的現(xiàn)代化，對(duì)農(nóng)作物秸桿的認(rèn)識(shí)有了全新的轉(zhuǎn)變，秸桿和籽實(shí)一樣都是重要的農(nóng)產(chǎn)品。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，對(duì)秸桿的綜合利用水平還比較低，大量寶貴的秸桿資源廢棄、流失和沉睡。秸桿資源的浪費(fèi)，實(shí)質(zhì)上是水資源、耕地及農(nóng)業(yè)投入的浪費(fèi)。所以充分利用這些被廢棄物的農(nóng)業(yè)資源越來(lái)越引起科學(xué)家的關(guān)注。纖維素、半纖維素和木質(zhì)素是秸桿植物細(xì)胞壁的主要成分，其中，纖維素含量最大，占細(xì)胞干質(zhì)量的30%?50%。秸桿中的纖維素有著復(fù)雜的超分子結(jié)構(gòu)，葡萄糖分子鏈內(nèi)和鏈間通過(guò)氧鏈締合成原纖維。原纖維內(nèi)部分子密度大的地方為結(jié)晶區(qū)，而相對(duì)松散的為無(wú)定形區(qū)。通過(guò)電子顯微鏡對(duì)玉米秸桿進(jìn)行掃描發(fā)現(xiàn)，玉米秸桿中的木質(zhì)素和半纖維素覆蓋纖維束，纖維束表面布滿碎屑。纖維束結(jié)構(gòu)有一定的孔隙存在，所以，可以通過(guò)添加某些溶劑，致使部分木質(zhì)素和半纖維素等的化學(xué)鍵斷裂而溶解，促使其形成無(wú)數(shù)微孔隙與孔洞，顯著增加比表面積，增加其表面的活性位點(diǎn)，提高表面活性，增強(qiáng)玉米秸桿吸附劑的吸附性能能力。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種用于吸附水中砷的玉米秸桿的改性制備方法，目的是提供一種以玉米秸桿為原料，通過(guò)改性，制備可用于吸附水中砷的吸附劑的制備方法及吸附水中砷的處理方法。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案按照以下步驟進(jìn)行:
(1)將風(fēng)干的玉米秸桿除去中間節(jié)，剪成短桿，洗滌并烘干至恒重，然后去除其表面硬皮，并剪切成直徑0.8^1.2cm的秸桿顆粒；
(2)將上述秸桿顆粒浸泡在體積濃度為0.8^1.2%的異丙醇中8?10h，取出后用去離子水洗凈后烘干；
(3)將步驟(2)中烘干后的秸桿顆粒浸泡在濃度為0.8^1.2mol/L的NaOH溶液中，浸泡6^8小時(shí)，取出后用去離子水洗凈，使pH值為中性再烘干；
(4)將步驟(3)中烘干的秸桿顆粒浸泡在濃度為0.18^0.22mol/L的草酸中，浸泡6?8小時(shí)，取出后用去離子水洗凈，烘干，最終得到改性好的玉米秸桿吸附劑，其最大飽和吸附量達(dá) 94 μ g As (III) /g (稻桿)。
[0007]所述的用去離子水洗凈是反復(fù)洗滌3飛次。
[0008]所述的烘干溫度為73?77°C。
[0009]采用上述改性的玉米秸桿對(duì)水中的砷進(jìn)行吸附時(shí)，按照以下步驟進(jìn)行:
將待處理含砷水的pH調(diào)整至8.5^9.5，控制溫度為23?27°C，加入改性后的玉米秸桿，進(jìn)行震蕩至少90min。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點(diǎn)和有益效果是:
本發(fā)明在制備用于吸附水中砷的改性玉米秸桿時(shí)，先要將經(jīng)自然干燥的玉米秸桿用自來(lái)水反復(fù)沖洗干凈，不得帶有泥沙、塵土等，且要去除秸桿外硬皮，所用改性試劑量依所用玉米秸桿而定，但要保證所有玉米秸桿全部被浸沒(méi)。
[0011]本發(fā)明所采用的改性方法是利用了異丙醇的溶解能力，以去除秸桿中的色素、某些極性物質(zhì)，部分木質(zhì)素和半纖維素等的化學(xué)鍵斷裂而溶解；氫氧化鈉的作用主要是進(jìn)一步去除色素、半纖維素；加入草酸的目的主要是引進(jìn)羧基，對(duì)秸桿進(jìn)行去質(zhì)子化，活化吸附位點(diǎn)，改善吸附性能。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)有:
(1)原料易得，價(jià)格低廉，且無(wú)毒無(wú)害；改性吸附劑主料為玉米秸桿，主要試劑有異丙醇、NaOH溶液、草酸溶液，是普通無(wú)毒的化學(xué)試劑；
(2)對(duì)玉米秸桿進(jìn)行改性的方法操作步驟簡(jiǎn)單，條件易于達(dá)到，無(wú)需高溫高壓，容易實(shí)現(xiàn)；
(3)本發(fā)明開拓了玉米秸桿的應(yīng)用領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了廢棄物的資源化應(yīng)用；
(4)有效地解決了貧困地區(qū)高砷型飲用水問(wèn)題，使用后的吸附劑處理方便。

【具體實(shí)施方式】
[0013]實(shí)施例1
(1)將風(fēng)干的玉米秸桿除去中間節(jié)，剪成短桿，洗滌并烘干至恒重，然后去除其表面硬皮，并剪切成直徑0.8^1.2cm的秸桿顆粒；
(2)將上述秸桿顆粒浸泡在體積濃度為0.8%的異丙醇中9h，取出后用去離子水洗凈后烘干；
(3)將步驟(2)中烘干后的秸桿顆粒浸泡在濃度為0.8mol/L的NaOH溶液中，浸泡8小時(shí)，取出后用去離子水反復(fù)洗滌3飛次，使pH值為中性再于77°C烘干；
(4)將步驟(3)中烘干的秸桿顆粒浸泡在濃度為0.22mol/L的草酸中，浸泡6小時(shí)，取出后用去離子水洗凈，烘干，最終得到改性好的玉米秸桿吸附劑。
[0014]采用上述改性的玉米秸桿對(duì)水中的砷進(jìn)行吸附，將待處理含砷水的pH調(diào)整至9.5，控制溫度為27°C，加入改性后的玉米秸桿，進(jìn)行震蕩至少90min，測(cè)得其飽和吸附量達(dá)94 μ g As (III) /g (秸桿)，砷的去除率達(dá)95%。
[0015]將未經(jīng)改性處理的玉米秸桿放入含砷水中，測(cè)得其飽和吸附量?jī)H為76 μ g As (III)/g (秸桿)，說(shuō)明本實(shí)施例的秸桿改性提高了秸桿的吸附能力。
[0016]實(shí)施例2
(1)將風(fēng)干的玉米秸桿除去中間節(jié)，剪成短桿，洗滌并烘干至恒重，然后去除其表面硬皮，并剪切成直徑1.8^1.2cm的秸桿顆粒；
(2)將上述秸桿顆粒浸泡在體積濃度為1.2%的異丙醇中10h，取出后用去離子水洗凈后烘干；
(3)將步驟(2)中烘干后的秸桿顆粒浸泡在濃度為1.0mol/L的NaOH溶液中，浸泡7小時(shí)，取出后用去離子水反復(fù)洗滌3飛次，使pH值為中性再于73°C烘干；
(4)將步驟(3)中烘干的秸桿顆粒浸泡在濃度為0.18mol/L的草酸中，浸泡7小時(shí)，取出后用去離子水洗凈，烘干，最終得到改性好的玉米秸桿吸附劑。
[0017]采用上述改性的玉米秸桿對(duì)水中的砷進(jìn)行吸附，將待處理含砷水的pH調(diào)整至9.0，控制溫度為25°C，加入改性后的玉米秸桿，進(jìn)行震蕩至少90min，測(cè)得其飽和吸附量達(dá)94 μ g As (III) /g (秸桿)，砷的去除率達(dá)95%。
[0018]將未經(jīng)改性處理的玉米秸桿放入含砷水中，測(cè)得其飽和吸附量?jī)H為75 μ g As (III)/g (秸桿)，說(shuō)明本實(shí)施例的秸桿改性提高了秸桿的吸附能力。
[0019]實(shí)施例3
(1)將風(fēng)干的玉米秸桿除去中間節(jié)，剪成短桿，洗滌并烘干至恒重，然后去除其表面硬皮，并剪切成直徑1.8^1.2cm的秸桿顆粒；
(2)將上述秸桿顆粒浸泡在體積濃度為1.0%的異丙醇中8h，取出后用去離子水洗凈后烘干；
(3)將步驟(2)中烘干后的秸桿顆粒浸泡在濃度為1.2mol/L的NaOH溶液中，浸泡6小時(shí)，取出后用去離子水反復(fù)洗滌3飛次，使pH值為中性再于75°C烘干；
(4)將步驟(3)中烘干的秸桿顆粒浸泡在濃度為0.2mol/L的草酸中，浸泡8小時(shí)，取出后用去離子水洗凈，烘干，最終得到改性好的玉米秸桿吸附劑。
[0020]采用上述改性的玉米秸桿對(duì)水中的砷進(jìn)行吸附，將待處理含砷水的pH調(diào)整至8.5，控制溫度為23°C，加入改性后的玉米秸桿，進(jìn)行震蕩至少90min，測(cè)得其飽和吸附量達(dá)92.5 μ g As (III) /g (秸桿)，砷的去除率達(dá)94%。
[0021]將未經(jīng)改性處理的玉米秸桿放入含砷水中，測(cè)得其飽和吸附量?jī)H為74μ g As (III)/g (秸桿)，說(shuō)明本實(shí)施例的秸桿改性提高了秸桿的吸附能力。
【權(quán)利要求】
1.一種用于吸附水中砷的玉米秸桿的改性制備方法，其特征在于按照以下步驟進(jìn)行: (1)將風(fēng)干的玉米秸桿除去中間節(jié)，剪成短桿，洗滌并烘干至恒重，然后去除其表面硬皮，并剪切成直徑0.8^1.2cm的秸桿顆粒； (2)將上述秸桿顆粒浸泡在體積濃度為0.8^1.2%的異丙醇中8?10h，取出后用去離子水洗凈后烘干； (3)將步驟(2)中烘干后的秸桿顆粒浸泡在濃度為0.8^1.2mol/L的NaOH溶液中，浸泡6^8小時(shí)，取出后用去離子水洗凈，使pH值為中性再烘干； (4)將步驟(3)中烘干的秸桿顆粒浸泡在濃度為0.18^0.22mol/L的草酸中，浸泡6?8小時(shí)，取出后用去離子水洗凈，烘干，最終得到改性好的玉米秸桿吸附劑，其最大飽和吸附量達(dá) 94 μ g As (III) /g 稻桿。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于吸附水中砷的玉米秸桿的改性制備方法，其特征在于所述的用去離子水洗凈是反復(fù)洗滌3飛次。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于吸附水中砷的玉米秸桿的改性制備方法，其特征在于所述的烘干溫度為73?77°C。
4.采用如權(quán)利要求1中用于吸附水中砷的玉米秸桿的改性制備方法制備得到的改性玉米秸桿對(duì)水中的砷進(jìn)行吸附時(shí)，其特征在于按照以下步驟進(jìn)行: 將待處理含砷水的pH調(diào)整至8.5^9.5，控制溫度為23?27°C，加入改性后的玉米秸桿，進(jìn)行震蕩至少90min。
【文檔編號(hào)】B01J20/24GK104226270SQ201410491785
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月24日
【發(fā)明者】范榮桂, 趙曉亮, 董雪, 姜清鳳, 郜秋平, 戴藝, 張世強(qiáng), 王全程, 王建 申請(qǐng)人:遼寧工程技術(shù)大學(xué)