污染水體重金屬吸附材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及污染水體重金屬吸附材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，我國水體重金屬污染事件頻發(fā)，僅報道的珠江流域鎘污染事件，就有2005 年廣東北江韶關(guān)段鎘嚴(yán)重超標(biāo)事件、2012年廣西龍江鎘污染事件、2013年兩廣交界賀江段 的鎘污染事件。這些污染事故給珠江流域的生態(tài)環(huán)境和人民生活造成嚴(yán)重影響。因此，為 了保障生產(chǎn)和生活用水的安全，我們迫切需要高效的水體重金屬污染吸附材料。
[0003] 生物質(zhì)炭，是生物質(zhì)（包括植物秸桿和動物糞便等）在限氧或者完全缺氧的條件 下，經(jīng)過高溫（< 700°C )熱解炭化產(chǎn)生的一種高度芳構(gòu)化的碳質(zhì)材料。生物炭有著發(fā)達(dá)的 空隙結(jié)構(gòu)、巨大的比表面積、豐富的含氧官能團(tuán)以及高含量的礦物組成，從而對環(huán)境中的重 金屬污染產(chǎn)生吸附作用。根據(jù)生物質(zhì)材料來源的不同，生物質(zhì)炭可以分成木炭、竹炭、秸桿 炭、稻殼炭、動物糞便炭等。不同生物炭對不同重金屬的吸附能力及機(jī)制存在差別，大多數(shù) 研宄認(rèn)為主要機(jī)制可以分為生物炭的"石灰效應(yīng)"和生物炭的吸附作用兩大機(jī)理。
[0004] 我國的農(nóng)業(yè)秸桿資源豐富，是世界上第一秸桿大國，總產(chǎn)量穩(wěn)居榜首。但是，各地 區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不平衡，使得秸桿的利用方式具有差異性。一般可分為以下幾種利用方式： 秸桿能源化應(yīng)用、秸桿還田、秸桿飼料化應(yīng)用、秸桿工業(yè)化利用、秸桿食用菌基料、廢棄及焚 燒。其中，大部分的秸桿被丟棄或者燃燒，既造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)，還可能引起環(huán)境污染 問題。如果通過近年來興起的生物炭技術(shù)，將秸桿資源轉(zhuǎn)化成生物質(zhì)炭，不但可以使農(nóng)業(yè)秸 桿資源化利用，用于受污染水體的治理和修復(fù)，而且還可以從低價值的秸桿材料創(chuàng)造出良 好的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益。
[0005][0006][0007]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于提供污染水體重金屬吸附材料的制備方法。
[0009] 本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：
[0010] 污染水體重金屬吸附材料的制備方法，步驟為：
[0011] 1)玉米秸桿或稻草秸桿洗凈、干燥、粉碎、過篩；
[0012] 2)將過篩后的粉末完全浸沒在高錳酸鉀溶液中，超聲分散；
[0013] 3)將超聲分散后的混合物固液分離，水洗滌、干燥；
[0014] 4)將上步得到的固體物進(jìn)行煅燒；
[0015] 5)煅燒所得的材料用醇與水反復(fù)洗滌至中性，干燥至恒重。
[0016] 步驟1)中，粉碎、過篩后所得的玉米秸桿或稻草秸桿粉末的粒徑< 0. 9mm。
[0017] 步驟2)中，高錳酸鉀溶液的濃度為1~25g/L。
[0018] 步驟2)中，超聲分散的時間為100~720分鐘。
[0019] 步驟4)中，固體物煅燒的氛圍：氧氣含量< 20vol %的限氧氛圍或保護(hù)氣氛下的 完全缺氧氛圍。
[0020] 步驟4)中，煅燒的具體操作為：將固體物置于馬弗爐中，以5~20°C /min的速率 從室溫升溫到400~600°C，并在該溫度下煅燒1~5小時。
[0021] 步驟5)中，所述的醇為C1-5脂肪醇。
[0022] 所述的C1-5脂肪醇為乙醇。
[0023] 所述的保護(hù)氣氛為氮?dú)?、二氧化碳、氦氣、氖氣、氬氣、氣氣中的至少一種。
[0024] 所述的保護(hù)氣氛為氮?dú)狻?br>[0025] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明充分利用農(nóng)業(yè)廢棄物玉米秸桿和稻草秸桿，改性處 理后作為污染水體重金屬鎘的吸附材料，具備較好的吸附能力，并在實際應(yīng)用中取得了較 好的吸附效果。
【附圖說明】
[0026] 圖1未改性玉米秸桿（RCS)的SEM圖和EDS圖譜；
[0027] 圖2是限氧條件下煅燒所制備的玉米秸桿基氧化錳負(fù)載生物炭吸附劑（MnWOCS) 的SEM圖和EDS圖譜；
[0028] 圖3是完全缺氧條件下煅燒所制備的玉米秸桿基氧化錳負(fù)載生物炭吸附劑 (MnWNCS)的SEM圖和EDS圖譜；
[0029] 圖4未改性稻草秸桿（RRS)的SEM圖和EDS圖譜；
[0030] 圖5是限氧條件下煅燒所制備的稻草秸桿基氧化錳負(fù)載生物炭吸附劑（MnWORS) 的的SEM圖和EDS圖譜；
[0031] 圖6是完全缺氧條件下煅燒所制備的稻草秸桿基氧化錳負(fù)載生物炭吸附劑 (MnWNRS)的SEM圖和EDS圖譜；
[0032] 圖7吸附劑對溶液不同初始pH值對Cd2+吸附的影響；
[0033] 圖8吸附劑投加量對Cd2+吸附的影響；
[0034] 圖9吸附劑與市售兩款活性炭在不同的pH值條件下對Cd2+吸附的效果比較。
【具體實施方式】
[0035] 污染水體重金屬吸附材料的制備方法，步驟為：
[0036] 1)玉米秸桿或稻草秸桿洗凈、干燥、粉碎、過篩；
[0037] 2)將過篩后的粉末完全浸沒在高錳酸鉀溶液中，超聲分散；
[0038] 3)將超聲分散后的混合物固液分離，水洗滌、干燥；
[0039] 4)將上步得到的固體物進(jìn)行煅燒；
[0040] 5)煅燒所得的材料用醇與水反復(fù)洗滌至中性，干燥至恒重。
[0041] 步驟1)中，粉碎、過篩后所得的玉米秸桿或稻草秸桿粉末的粒徑< 0. 9mm ;
[0042] 步驟2)中，高錳酸鉀溶液的濃度為1~25g/L ;超聲分散的時間為60~720分鐘；
[0043] 步驟3)中，所述的固液分離方法優(yōu)選為抽濾。
[0044] 步驟4)中，固體物煅燒的氛圍：氧氣含量< 20vol %的限氧氛圍或保護(hù)氣氛下的 完全缺氧氛圍；所述的保護(hù)氣氛為氮?dú)?、二氧化碳、氦氣、氖氣、氬氣、氣氣中的至少一種； 優(yōu)選的，所述的保護(hù)氣氛為氮?dú)狻?br>[0045] 煅燒的具體操作為：將固體物置于馬弗爐中，以5~20°C /min的速率從室溫升溫 到400~600°C，并在該溫度下煅燒1~5小時。
[0046] 步驟5)中，所述的醇為C1-5脂肪醇；優(yōu)選的，所述的C1-5脂肪醇為乙醇。
[0047] 下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明：
[0048] 實施例1 :
[0049] 污染水體重金屬吸附材料的制備方法，步驟為：
[0050] (1)玉米秸桿洗凈，干燥后，粉碎過20目篩；
[0051] (2)將過篩的玉米秸桿粉完全浸沒入濃度為Ig · Γ1的高錳酸鉀溶液，再置于超聲 波清洗器中超聲處理60分鐘；
[0052] (3)將上步得到的固液混合物抽濾，并用去離子水反復(fù)清洗，洗去殘余的高錳酸鉀 溶液，樣品烘干，備用；
[0053] (4)將固體樣品置于馬弗爐中，在限氧（氧氣含量< 20vol% )條件下高溫煅燒。 煅燒的具體操作為：將樣品置于馬弗爐中從室溫以5°C/min升高到400°C，在該溫度下煅燒 1小時；
[0054] (5)將煅燒所得材料用95%乙醇和去離子水反復(fù)清洗至中性；再將最終得到的材 料烘干至恒重，即為玉米秸桿基氧化錳負(fù)載生物炭；所得產(chǎn)品命名為MnWOCS。
[0055] 實施例2 :
[0056] 污染水體重金屬吸附材料的制備方法，步驟為：
[0057] (1)玉米秸桿洗凈，干燥后，粉碎過20目篩；
[0058] (2)將過篩的玉米秸桿粉完全浸沒入濃度為IOg · Γ1的高錳酸鉀溶液，再置于超 聲波清洗器中超聲處理120分鐘；
[0059] (3)將上步得到的固液混合物抽濾，并用去離子水反復(fù)清洗，洗去殘余的高錳酸鉀 溶液，樣品烘干，備用；
[0060] (4)將固體樣品置于馬弗爐中，在氮?dú)夥諊?