一種利用鹽酸活化改性竹炭去除飲用水中丹寧酸的方法
2023-07-01 09:50:36 1
專利名稱：一種利用鹽酸活化改性竹炭去除飲用水中丹寧酸的方法
技術領域：
本發明屬於水處理技術領域，具體涉及一種利用竹炭(BC)對飲用水中丹寧酸的處
理方法。
背景技術：
丹寧酸是自然界中典型的可溶性有機物(D0M)，其分子結構與腐殖酸相似，以多元苯環為骨架，分子中含有羥基、羧基等官能團，其多酚羥基的結構賦予它獨特的化學特性和生理活性。它既是一種強固定劑，能固定許多蛋白質以及糖類衍生物，又是一種媒染劑，能增強對某些重金屬的吸收。有研究表明，丹寧酸具有抗炎症作用，但也是大骨節病的致病因素之一，在飲用水氯消毒過程中可與氯結合後最終生成三氯甲烷類(THMs)強致癌物質。隨著丹寧酸在日化、醫藥、食品行業中廣泛應用，丹寧酸廢水排入到環境中會帶來一系列的水環境生態問題。因此，丹寧酸已成為飲用水安全控制對象，高效去除飲用水中丹寧酸對於飲用水安全控制意義重大。目前，常用的去除水體中丹寧酸的技術有混凝沉澱法、氧化法、吸附法、電化學法、膜蒸餾法和生物法等 。儘管上述技術在特定的環境下都具有一定去除效果，但這些技術本身都存在一定的局限性。如應用廣泛的混凝沉澱法不但去除率不高，還會由於混凝劑殘留而造成二次汙染，單種化學氧化法很難使丹寧酸達到礦化，光氧化法成本相對較高。因此，考慮處理效率問題，發展新型的針對可溶性有機汙染物的治理方法顯得很有必要。吸附法是一項行之有效的水治理技術，吸附劑可再生或吸附材料易得，能夠較好地解決再生困難和物理化學穩定性差等問題，但其吸附速率有待進一步提高。在各式各樣的吸附材料中，竹炭具有機械強度較高，孔結構發達，高比表面積，導電性能良好，可以用作淨水處理劑、電磁波遮蔽劑、有害氣體吸附劑等，目前被廣泛用於環境汙染控制應用當中。徐亦鋼等曾在《農村生態環境》2002年01期18卷35-38頁提及竹炭對2，4_ 二氯苯酚的吸附效果與其粒徑、用量、溶液濃度、吸附時間和平衡方式都有一定的關係。但是竹炭對於不同類型的腐殖質具有選擇性吸附，吸附性能被多種因素所限制，並對有害痕量元素的吸附能力很弱，甚至沒有吸附效果。研究發現，竹炭的吸附能力可通過孔結構的重整和孔表面的修飾等方法來改善，也可通過螯合物固定來對其改性，從而提高吸附劑的吸附性能。因此，為高效去除飲用水中丹寧酸等可溶性有機汙染物，將竹炭進行表面功能化在吸附領域中具有較大的應用前景。本發明針對飲用水中丹寧酸的有效去除，以鹽酸活化改性的竹炭作為吸附劑，通過吸附實驗，研究鹽酸活化改性竹炭對丹寧酸的吸附性能影響，考察吸附時間、PH值等因素對其吸附效果的影響。
發明內容
本發明的目的是對竹炭進行酸活化改性，以提高其吸附性能，從而提供一種處理飲用水中丹寧酸的新方法。
本發明的技術方案如下通過對市購竹炭(粒徑為10-20mm,最小孔徑為Inm,比表面積約為200m2/g)進行酸活化處理。具體過程如下(I)竹炭的酸活化稱取IOg竹炭(BC)加入100mL4mol/L的鹽酸中(固液比為1:10)，置於恆溫水浴鍋中70°C攪拌反應240min ;用超純水反覆清洗至上清液無氯離子，過濾後在70°C下烘乾待用。由鹽酸活化的竹炭記做H-BC。(2)用步驟(I)製得鹽酸活化的竹炭，採用吸附法處理飲用水中的丹寧酸。上述方法中，步驟(2)的處理方法是在水溶液在弱酸性條件下，往50mL具塞聚丙烯管中投加20mg鹽酸活化的竹炭，吸附時間為60min時可達到去除丹寧酸的最佳靜態吸附效果。吸附實驗在一系列50mL具塞聚丙烯管中，分別加入20mg H-BCjP 50mL含初始濃度為50mg/L的丹寧酸溶液，其含 O.1moVLNaNO3背景離子強度。所有水化學條件下的丹寧酸PH值不定。將管中溶液混勻後，固定在25±1°C的恆溫振蕩培養箱中以150rpm轉速進行振蕩，1440min後取出並迅速用孔徑為O. 22 μ m的針式濾器PES-聚醚碸膜過濾。利用分光光度法在277nm波長下測定吸光度，計算濾液中丹寧酸的濃度，並計算吸附容量。本發明具有處理簡單、能耗低、效率高等特點，可使飲用水中丹寧酸含量明顯下降，為改性竹炭材料在處理有機廢水領域提供了研究價值與廣泛的應用前景。
具體實施例方式本發明具體的技術方案如下分別稱取10-50mg H-BC於一系列50mL具塞聚丙烯管中，即在IL溶液中投加
O.2-lg的H-BC，並往其中分別加入50mL含初始濃度為50mg/L的丹寧酸溶液，其含O.1mol/LNaNO^g景離子強度。所有含丹寧酸溶液的pH為2-6。將管中溶液混勻後，固定在25± 1°C的恆溫振蕩培養箱中以150rpm轉速進行振蕩，設置吸附時間為10_1440min後取出並迅速用孔徑為O. 22 μ m的針式濾器PES-聚醚碸膜過濾。利用分光光度法在277nm波長下測定吸光度，並計算出各濾液中丹寧酸的濃度，其吸附容量最高能達到48. 36mg/g。下面結合實施例對本發明做進一步闡述，但本發明所保護範圍不僅限於此。實施例1吸附劑量對吸附效果的影響分別稱取5mg、15mg、20mg、25mg、30mg、35mgH-BC 於一系列 50mL 具塞聚丙烯管中，即在IL溶液中分別投加O. lg、0. 3g、0. 4g、0. 5g、0. 6g、0. 7g的H_BC，並分別往其中加入50mL含初始濃度為50mg/L的丹寧酸溶液，其含O.1moVLNaNO3背景離子強度。丹寧酸溶液的PH為5。將管中溶液混勻後，固定在25± 1°C的恆溫振蕩培養箱中以150r/min轉速進行振蕩，設置吸附時間為1440min後取出並迅速用孔徑為O. 22 μ m的針式濾器PES-聚醚碸膜過濾。利用分光光度法在277nm波長下測定其吸光度，並計算各濾液中丹寧酸的濃度表明，當吸附劑投加量為5mg時，對丹寧酸的去除率為13. 92%，其飽和吸附量為17. 82mg/g，而吸附劑投加量為20mg時，對丹寧酸的去除率達到43. 04%,其飽和吸附容量達到45. 25mg/g。當投加量從20mg增加到35mg時，對溶液中丹寧酸去除率均保持在45%左右。因此，往50mL具塞聚丙烯管中投加20mg作為H-BC吸附材料去除丹寧酸的最佳靜態吸附劑用量。
實施例2pH值對吸附效果的影響分別稱取20mgH-BC於一系列50mL具塞聚丙烯管中，並分別往其中加入50mL含初始濃度為50mg/L的丹寧酸溶液，其含O. lmol/L NaNO3背景離子強度。設置丹寧酸溶液的pH為2-6。將管中溶液混勻後，固定在25土 TC的恆溫振蕩培養箱中以150r/min轉速進行振蕩，設置吸附時間為1440min後取出並迅速用孔徑為O. 22 μ m的針式濾器PES-聚醚碸膜過濾。利用分光光度法在277nm波長下測定其吸光度並計算各濾液中丹寧酸的濃度，結果表明，當丹寧酸溶液在pH=2時，其飽和吸附量為26. 02mg/g，對丹寧酸的去除率為13. 92%，當pH為3-6時，其飽和吸附量均在34. 79mg/g以上，對丹寧酸的去除率均高於27. 50%，其中，當pH=5時其飽和吸附量達到最大，為48. 36mg/g。由此可知，水溶液在弱酸性條件下，H-BC吸附劑對丹寧酸具有較為優異的吸附效果。實施例3吸附時間對吸附效果的影響分別稱取20mgH-BC於一系列50mL具塞聚丙烯管中，並分別往其中加入50mL含初始濃度為50mg/L的丹寧酸溶液，其含O. lmol/L NaNO3背景離子強度。丹寧酸溶液的pH為5，將管中溶液混勻後，固定在25± 1°C的恆溫振蕩培養箱中以150r/min轉速進行振蕩，設置吸附時間為10-1440min後取出並迅速用孔徑為O. 22 μ m的針式濾器PES-聚醚碸膜過濾。利用分光光度法在277nm波長下測定其吸光度，並計算各濾液中丹寧酸的濃度表明，隨著吸附時間的增加，對丹寧酸的吸附量也逐漸增大。當吸附時間為IOmin時，其吸附量為
10.82mg/g，此時對丹寧酸的去除率僅為8. 46%。當吸附時間為60_1440min時，其對丹寧酸的吸附量增大較為緩慢，其吸附量均在48mg/g左右，此時對丹寧酸的去除率在38. 4%左右。因此，60min可作為H-BC吸附劑 達到最大吸附容量的最小吸附時間。
權利要求
1.一種利用鹽酸活化改性竹炭去除飲用水中丹寧酸的方法，其特徵在於，包括以下步驟 (1)竹炭的酸活化將竹炭按固液比為lg:10 mL加入4 mo I/L的鹽酸，置於恆溫水浴鍋中70 1攪拌反應240 min;用超純水反覆清洗至上清液無氯離子，過濾後在70°C下烘乾待用，得到由鹽酸活化的竹炭； (2)用步驟(I)製得鹽酸活化的竹炭，採用吸附法處理飲用水中的丹寧酸。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於步驟(2)的處理方法是在水溶液在弱酸性條件下，往50 mL具塞聚丙烯管中投加20 mg鹽酸活化的竹炭，吸附時間為60 min時可達到去除丹寧酸的最佳靜態吸附效果。
全文摘要
本發明屬於水處理技術領域，具體涉及一種利用竹炭對飲用水中丹寧酸的處理方法。針對飲用水中丹寧酸的有效去除，對市購竹炭進行酸活化改性，其方法為將市購粒徑為10-20mm的竹炭加入4mol/L的鹽酸進行酸活化反應。並以鹽酸活化改性的竹炭作為吸附劑，通過吸附實驗，考察吸附時間、pH值等因素對丹寧酸吸附效果的影響。結果表明，在水溶液在弱酸性條件下，投加0.4g/L吸附劑量，吸附時間為60min時對丹寧酸的吸附容量最高可達到48.36mg/g。本發明依據丹寧酸的化學特性，對竹炭進行改性，從而具有處理工藝簡單、能耗低、效率高等特點，對於去除飲用水中溶解性有機物——丹寧酸有較廣闊的應用前景。
文檔編號C02F1/28GK103058311SQ20121057479
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月26日 優先權日2012年12月26日
發明者張文藝, 邱小蘭, 李文昱, 劉芳, 馮國勇 申請人:常州大學