一種載納米粒子發(fā)泡顆粒炭除磷吸附劑的制備方法及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及廢水處理領(lǐng)域，特別是一種載納米粒子發(fā)泡顆粒炭除憐吸附劑的制備 方法及應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 憐是導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)鍵營(yíng)養(yǎng)元素之一，水體中含憐過量則會(huì)導(dǎo)致富營(yíng)養(yǎng) 化，引起水體生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能變化、水質(zhì)惡化、景觀破壞、生物多樣性下降。高含憐量引 起藻類大量繁殖并積聚，過度增殖的藍(lán)藻產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)直接影響居民生活用水和工業(yè)用 水的安全。
[0003] 環(huán)境水體中憐主要來源于生活污水、工業(yè)廢水和農(nóng)田排水，其憐含量一直是人們 非常關(guān)注的問題。1969年Vollenweider學(xué)者提出湖泊營(yíng)養(yǎng)狀況與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)特別是總憐濃度 之間有密切關(guān)系，水體中總憐濃度超過0.02mg/L即為富營(yíng)養(yǎng)化。經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織 (OECD)提出富營(yíng)養(yǎng)湖的平均總憐濃度大于0.035mg/L。因此，必須高度重視水體環(huán)境中憐污 染的防治和處理，含憐廢水的有效處置刻不容緩。
[0004] 目前含憐水體常用的處理技術(shù)方法有生物除憐技術(shù)、化學(xué)沉淀法、吸附技術(shù)等。相 對(duì)于生物除憐技術(shù)、化學(xué)沉淀法而言，吸附技術(shù)W高效廉價(jià)、去除效果好、環(huán)境擾動(dòng)小等優(yōu) 勢(shì)，逐漸引起科研人員關(guān)注。吸附法是利用吸附劑本身化學(xué)結(jié)構(gòu)及成分特性，借助固液兩相 分離，通過表面附著、離子交換或表面沉淀等過程，將水體中憐轉(zhuǎn)移至吸附介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)憐從 污水中分離技術(shù)。
[0005] 吸附法處理的關(guān)鍵是吸附劑的選擇，常用吸附材料有活性炭、硅膠、酸性白±、活 性氧化侶、分子篩等。其中活性炭由于具有比表面積大、多種表面官能團(tuán)，有很高的物理吸 附和化學(xué)吸附功能。公開號(hào)為CN104415756的專利文件公開了" 一種改性活性炭及其制備方 法"，該發(fā)明采用氨氧化鐘、硝酸亞鐵溶液對(duì)活性炭進(jìn)行改性，獲得負(fù)載催化活性亞鐵離子 改性活性炭;公開號(hào)為CN103288084的專利文件公開了一種"常壓制備改性活性炭的方法"， 該發(fā)明將烘干后的賴桿與醋酸巧溶液混合得到一階前驅(qū)體，并進(jìn)一步將一階前驅(qū)體和氯化 鋒溶液混合反應(yīng)得到二階前驅(qū)體進(jìn)行炭化得到活性炭;公開號(hào)為CN102000547的專利文件 公開了一種"氯化亞銅改性蜂窩活性炭吸附材料及其制備方法"，該活性炭首先W含胺溶劑 溶解的氯化亞銅混合溶液為改性劑，載體采用等體積浸潰法負(fù)載氯化亞銅混合溶液處理， 經(jīng)氧化活化制得;公開號(hào)為CN104190360的專利了文件公開了 "一種氧化-負(fù)載鐵改性活性 炭水處理吸附劑及制備方法"，該發(fā)明將活性炭加入硝酸/憐酸，再加入氯化鐵/硫酸鐵，用 去離子水清洗至中性，炭化制得改性活性炭。運(yùn)些專利文件均依賴化學(xué)試劑如氯化鋒、氯化 亞銅、硝酸亞鐵/氯化鐵、硝酸等作為活化劑，利用活化劑對(duì)炭表面改性W提高吸附能力及 利用率。但在制備過程中化學(xué)試劑對(duì)設(shè)備腐蝕性大、二次環(huán)境污染嚴(yán)重，且活性炭中易殘留 化學(xué)品。此外，由于多數(shù)活性炭是一種粉末狀物質(zhì)，它在吸附后很難從溶液中分離及二次回 收利用，也很難作為填料填充于吸附柱內(nèi)，造成活性炭資源的浪費(fèi)。因此，如何在利用吸附 劑吸附廢水中含憐污染物后，實(shí)現(xiàn)活性炭資源的再利用已經(jīng)成為本領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)難 題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)上述問題，本發(fā)明提供一種高效去除含憐尾水的載納米粒子發(fā)泡顆粒炭除憐 吸附劑的制備方法，該載納米粒子發(fā)泡顆粒炭除憐吸附劑是一種新型納米復(fù)合炭吸附劑， 具有高效吸附、回收利用率高、無二次污染等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用含憐水體凈化領(lǐng)域，本發(fā)明 是運(yùn)樣實(shí)現(xiàn)的： 一種載納米粒子發(fā)泡顆粒炭除憐吸附劑的制備方法，其具體步驟如下： (1) 將木質(zhì)纖維類生物質(zhì)原料風(fēng)干至含水率為11%-13%，破碎后過40目篩； (2) 將破碎后的木質(zhì)纖維類生物質(zhì)原料與表面活性劑按質(zhì)量比100:1-5混合后，于45- 65°C溫度下，W100-20化pm的轉(zhuǎn)速混合10-20min，獲得表面改性木質(zhì)纖維材料； (3) 將氨基淀粉預(yù)聚物、發(fā)泡劑與納米粒子按質(zhì)量比100:1-5:5-15混合均勻后，100W超 聲處理10-30min，得到氨基淀粉黏合劑； (4) 將步驟(2)獲得的表面改性木質(zhì)纖維材料與步驟(3)獲得的黏合劑按質(zhì)量比10:1-5 混合后，熱壓成型，獲得載納米粒子木質(zhì)纖維成型復(fù)合材料； 巧)將載納米粒子木質(zhì)纖維成型復(fù)合材料在空氣氣氛下，于管式爐中W5-l(TC/min程 序升溫至120-180°C，發(fā)泡30-45min;然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，升溫炭化，升溫速率15-20°C/min， 炭化溫度450-700°C，時(shí)間30-150min; (6)炭化完畢后，自然冷卻至室溫，用去離子水清洗至淋洗液為中性，103°C烘干，即獲 得所述載納米粒子發(fā)泡顆粒炭除憐吸附劑； 所述氨基淀粉預(yù)聚物是運(yùn)樣獲得的:將lOOg淀粉投入180g蒸饋水中，調(diào)節(jié)pH=3.5,加入 多聚甲醒，65°C反應(yīng)lOmin;然后加入尿素，反應(yīng)30min;再升溫至85°C，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15% 的聚乙締醇溶液，保溫反應(yīng)20min，自然冷卻后即得氨基淀粉預(yù)聚物;其中，淀粉、多聚甲醒、 尿素、聚乙締醇質(zhì)量比為100:5:22.5:8。
[0007] 優(yōu)選的，本發(fā)明所述載納米粒子發(fā)泡顆粒炭除憐吸附劑步驟（1)所述木質(zhì)纖維類 生物質(zhì)原料為農(nóng)作物賴桿、竹木剩余物和農(nóng)作物廢棄外殼中的一種或多種； 其中，所述農(nóng)作物賴桿為麥賴、稻賴、玉米賴、劍麻渣和甘薦渣中的一種或多種;所述竹 木剩余物為竹粉或木粉;所述農(nóng)作物廢棄外殼為稻殼、花生殼和挪殼中的一種或多種。
[0008] 優(yōu)選的，本發(fā)明所述載納米粒子發(fā)泡顆粒炭除憐吸附劑步驟(3)所述納米粒子為 納米二氧化娃、納米蒙脫±、納米二氧化鐵、納米碳管、納米氧化鐵和納米碳酸巧中的一種。
[0009] 優(yōu)選的，本發(fā)明所述載納米粒子發(fā)泡顆粒炭除憐吸附劑步驟(2)所述表面活性劑 為吐溫-80、吐溫-40、硅烷偶聯(lián)劑KH-560、硬脂酸、十二烷基苯橫酸鋼和聚氧乙稀-聚氧丙締 共聚物中的一種或多種。
[0010] 優(yōu)選的，本發(fā)明所述載納米粒子發(fā)泡顆粒炭除憐吸附劑步驟(2)所述發(fā)泡劑為碳 酸氨錠、碳酸氨鋼、偶氮二甲酯胺、異戊燒或正戊燒中的一種或多種。
[0011] 優(yōu)選的，本發(fā)明所述載納米粒子發(fā)泡顆粒炭除憐吸附劑步驟(4)中所述熱壓成型 參數(shù)為:壓力3-lOMPa，溫度50-100°C，時(shí)間l-5min。
[0012] -種如本發(fā)明所述載納米粒子發(fā)泡顆粒炭除憐吸附劑在含憐污染廢水處理中的 應(yīng)用。
[0013] 優(yōu)選的，本發(fā)明所述載納米粒子發(fā)泡顆粒炭除憐吸附劑在含憐污染廢水處理中的 應(yīng)用中，其具體使用步驟為:將l-5g/L的比例將載納米粒子發(fā)泡顆粒炭除憐吸附劑浸沒于 含有憐酸根的污水中，吸附浸泡10-60min，然后取出W超純水洗凈，55-90°C烘干，加入質(zhì)量 分?jǐn)?shù)為7%的化0H溶液中，于28°C、180巧m水浴振蕩60-180min，然后103°C烘干，即可重復(fù)使 用。
[0014] 本發(fā)明克服了吸附材料不能回收再利用的不足，利用氨基淀粉黏合劑均相包覆于 賴桿上，炭化過程中W改變顆粒炭的表面化學(xué)性質(zhì)，提高其對(duì)憐酸根離子的吸附能力。將納 米粒子負(fù)載于賴桿顆粒炭中，由于其具有巨大的比表面積和高的表面活性及本身具有的小 尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)，能夠引起顆粒炭表面活性，從而有效改善發(fā)泡顆粒炭對(duì)憐酸根的吸 附效果。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有W下有益效果： (1)對(duì)水體中憐有較高的去除效果，在固液比為1:40