一種多功能生態環保型汙水吸附劑及製備方法與流程

2024-02-06 14:20:15 2

本發明涉及環境汙染
技術領域：
，尤其涉及一種多功能生態環保型汙水吸附劑。
背景技術：
：水是人類生命之源，生存之本，隨著工農業生產的發展，人口的不斷增加，水環境問題卻成了限制人類發展和生存的嚴重問題。水資源缺乏，水質惡化這一現象日益嚴重。隨著工業技術的迅速發展，特別重金屬汙染問題日益嚴重。人為汙染主要有電廠排放、煤炭燃燒、冶金、煤礦業和交通排放等。重金屬汙染不僅有損於人體健康，還會影響兒童的智力成長。目前，對於水汙染的處理方法主要是化學處理法，即通過投放藥物處理水汙染物。由於水體汙染物種類多且混雜，而現在主要使用的水處理劑功能單一，因此必須在水處理系統中分別投加絮凝劑、緩蝕劑、殺菌劑等多種藥劑、處理工藝流程複雜。設備多，操作過程繁雜，藥劑投加量大，而且多種試劑之間會通過各種化學反應相互抵抗，致使藥效降低，對重金屬離子的吸附能力差。因此，尋找有效的汙水淨化途徑以實現水資源的可持續利用成為人們關注的熱點。技術實現要素：本發明的目的是提供一種多功能生態環保型汙水吸附劑及製備方法。本發明的目的是通過以下技術方案實現的，該吸附劑是由玉米秸稈和松木末製成。製備方法：將玉米秸稈用清水洗滌後，放入烘箱中，在60-100℃下烘乾至水分≤5.0％，再粉碎至60-100目後與乾淨的松木末按重量比1∶1混合，加入佔混合後物料總重量22-28％的清水，再加入佔混合後物料總重量1.8-2.4％的水解酶，均勻混合後放入密閉容器中，控制密閉容器中的溫度為30-40℃，酶解16小時後，收集酶解後的物料用清水洗滌，用離心機脫水，放入乾燥箱中，在80℃下烘乾至水分≤4.0％，收集烘乾後的物料置於碳化爐中，在通入氮氣保護條件下，升溫至300-360℃，進行熱解炭化反應，保溫40min後，以15℃/min的升溫速度，升溫至700-780℃保溫1h，停止通氮氣，再將溫度以10℃/min的速率降溫至300℃，保溫半小時，加熱爐自然冷卻後，得本發明生物質炭，將本發明生物質炭浸入生物質液中20h後乾燥，加工至直徑0.2-0.5mm的顆粒得本發明吸附劑。以玉米秸稈和松木末製備的生物質吸附劑比表面積和孔體積雖然隨著裂解溫度的升高而升高，但當升溫至300-360℃時，我們發現其熱解炭化時的比表面積和孔結構變化不大，主要由於松木末中含有焦油不斷溢出將微孔封堵，使其比表面積、總孔體積和微孔孔容變化不大所致。並觀察到有白煙冒出，經分析主要為水蒸氣，此前為炭化的乾燥階段。需要保溫40min，為焦油和水蒸氣全部溢出提供了足夠的時間，同時溢出的焦油具有很好的粘性和延展性，在焦油的作用下使兩種物料有足夠的時間緊密結合，為下一步高溫熱解時微孔的膨脹變大和微孔數量的增加提供了有利條件；當保溫40min後，水蒸氣全部溢出，煙氣由白色轉黃色，主要是因為原料已乾燥完，開始進入了預炭化階段。大量實踐證明，以15℃/min的升溫速度升溫製得的吸附劑比表面積、總孔體積較好，如果升溫速度過快，得到的吸附劑裂紋現象嚴重，內部微孔不能最大限度的膨脹擴大，產生的微孔數量較少，膨大後的孔隙結構不夠均勻；升溫速度過慢影響生產率，增加生產費用。升溫至740℃保溫1h可得到理想的吸附劑，如果溫度過高保溫時間太長，吸附劑的產率降低，灰分含量上升，隨著裂解溫度的升高，吸附劑的官能團總量逐漸減少；如果溫度過低保溫時間太短，得到的吸附劑比表面積、總孔體積和微孔孔容較小，達不到理想的使用效果。再將溫度以10℃/min的速率降溫至300℃，保溫半小時，因為物料在740℃時，充分反應形成較大的孔隙結構，炭化完全，物料中的孔容得到充分的擴張，此時，應緩慢降溫，以防熱脹冷縮使剛形成的網狀結構坍塌。保溫半小時，使物料暫停冷縮，可使網狀結構得到穩固。作為一種優選，玉米秸稈與松木末按重量比1∶1的比例混合，如果松木末含量過高，將產生過多的焦油阻塞內部孔隙結構，使的總孔體積較小，如果松木末含量過低，產生的松油較少，兩物質間結合不夠牢固，微孔數量少也不能最大限度的膨脹擴大，總孔體積較小。所述生物質液是由紅辣蓼550g、紅半邊蓮650g、赤脛散700g、博落回650g、了哥王700g加入250l水，先以武火煮沸後，改用文火加熱1h過濾製得。本發明的有益效果：由於採用上述方法處理汙水，不但經濟環保，而且本發明的生物質炭中含有松木油，表面圓粘，便於對有害物質的吸附，經過特殊的加工工藝，使活性炭比表面積和孔容增大，對重金屬吸附性好；通過生物質液浸泡後，具有良好的殺蟲除菌功能。吸附試驗1、在8-20℃時，取0.8g本發明的吸附劑投於50ml40mg·l-1的cr6+溶液中，溶液的ph值在4-8之間，本發明的吸附劑對cr6+的去除率隨吸附時間的延長逐漸升高。在開始的20min內，cr6+的去除率隨時間的延長而快速升高，在30min時，cr6+的去除率就達到了77.89％；隨後上升趨勢變緩，在90min時，cr6+的去除率達到98.87％，隨後基本保持穩定，說明吸附達到平衡，因此吸附90min是最佳的吸附時間。在8-20℃時，取0.8g本發明的吸附劑投於50ml40mg·l-1的cr6+溶液中，吸附時間為90min，研究溶液的ph值對本發明的吸附劑去除cr6+的影響。隨著溶液ph值的增大或減小，吸附劑對cr6+的去除率變化緩慢。當ph值在4-5時，cr6+的去除率保持在較高的水平，因為溶液中的鉻主要以hcro4-、cr2o42-形式存在，吸附劑表面功能基團氨基、羥基接受質子h+，形成正電性的-nh3+、-oh2+吸附中心，通過靜電作用，鉻陰離子可被正電吸附中心所吸附；隨著溶液ph值的增大，雖然鉻仍然以hcro4-、cr2o42-形式存在，但是吸附劑表面正電吸附中心數目卻在減少，導致對鉻陰離子吸附量的減小，最終降低了鉻的去除率。可見，要使鉻的去除率達到較高的程度，應控制溶液的ph值4-5之間。將本發明的吸附劑投於8-20℃、50ml40mg·l-1的鉻溶液中，控制溶液的ph值為4-5之間，隨著吸附劑用量的增加，鉻的去除率逐漸上升。吸附劑量的增加不但增大了吸附表面積，也增加了參與吸附官能團的數目。當吸附劑用量大於0.8g時，鉻的去除率基本穩定，說明吸附處於平衡狀態，無需再增加吸附劑量。取0.8g本發明的吸附劑投於8-20℃、50ml40mg·l-1的cr6+溶液中，控制溶液的ph值為4-5之間，8℃以下時，吸附劑對鉻的去除率有所上升，但是升幅不大；在8-20℃時，鉻的去除率上升顯著。這可能是因為溶液的溫度升高時，有利於化學吸附克服活化能的障礙，加快了粒子內擴散速度，並產生了一些新的吸附位點，從而提高了鉻的去除率。當溫度高於20℃時，鉻的去除率升高緩慢，為降低成本，溫度控制在20℃以下為宜。作為一種優選，取0.8g本發明的吸附劑投於14℃，50ml40mg·l-1的cr6+溶液中，控制溶液的ph值為4.5，取得了理想的去除效果。2、在溫度為8-24℃，pb2+的初始濃度為100mg/l，溶液ph值為6，吸附時間15min，改變本發明吸附劑投加量為0.05、0.1、0.2、0.3、0.5、1、2和3g/l，考察本發明吸附劑用量對pb2+的去除作用，結果本發明吸附劑投加量為0.05-0.2g/l時，pb2+「的去除率隨著用量的增加迅速升高；投加量在0.2-1g/l時，pb2+的去除率增加緩慢；投加量在1g/l之後，pb2+的去除率不再增加。投加量為1g/l時，pb2+的去除率達99％以上，吸附反應趨於平衡。因此，以下實驗選擇本發明吸附劑用量為1g/l。在20℃條件下，對初始濃度為100mg/l的pb2+溶液10ml，ph值為6，加入0.01g本發明的吸附劑，考察不同吸附時間對pb2+的效果。由實驗結果可知對pb2+吸附速率較快，0-10min內pb的去除率變化顯著；10min後本發明的吸附劑對pb2+的去除效果變化不顯著，吸附10min時pb2+的去除率為99.1％以上。吸附時間為15min時，去除率接近99.4％。15min之後，隨著時間的延長，pb的去除率不再增加，說明吸附已達到平衡。依照吸附實驗方法，用0.5mol/lhcl溶液和0.5mol/lnaoh溶液調節pb溶液ph值在5-7範圍內，在溫度20℃，吸附時間20min的條件下考察本發明的吸附劑對100mg/l的pb溶液的去除率。當溶液ph值為3時，本發明的吸附劑對pb的去除率接近98.3％；當溶液ph值為5-7時，pb的去除率接近99.5％；ph值大於7時，溶液中的pb2+與oh-相互作用，pb2+以pb(oh)2沉澱形式析出。實驗結果表明本發明的吸附劑對水中pb2+的吸附具有很強的ph適應性。ph值為5-7時，對pb的吸附效果最好。對初始濃度100mg/l的pb2+溶液10ml，加入0.01g本發明的吸附劑，在溫度為8、16、24℃的條件下振蕩吸附15min，溫度從8℃升至24℃，pb2+的去除率有所增大；16-24℃時pb去除率較高，當溫度高出24℃時去除率開始降低，40℃時的去除率降為92.5％。可能是因為溫度的升高增加了pb的活性，本發明的吸附劑吸附的pb又被取代下來，重新進入溶液中。總體來看，利用本發明的吸附劑處理含pb2+廢水可以在常溫下進行，這更有利於實際的應用。作為一種優選，本發明的吸附劑對pb2+具有良好的吸附性能。在溫度為24℃，廢水ph為6，0.01g本發明吸附劑對100mg/l的pb2+溶液10ml吸附15min，pb2+的去除率可達99％以上。動物實驗1、清潔級健康sd大鼠45隻，體質量(206±8)g，雌雄各半，用作毒理實驗，餵以普通飼料，普通飲水。室溫控制在(20±5)℃，溼度(51±3)％，自然光照。2、隨機分為3組，防治組、觀察組和對照組。觀察組飲用超標的汙水，對照組飲用正常用水，防治組飲用經過本發明吸附劑及吸附方法處理過的超標汙水。3、實驗結果餵養半年後，防治組、對照組大鼠的外觀、毛色，社會行為、刺激性等和對周圍環境、食物、水的興趣等比較差異均無統計學意義(p＞0.05)。兩組大鼠實驗後體質量均較本組實驗前增加(p＜0.05)，但兩組實驗後體質量比較差異均無統計學意義(p＞0.05)，兩組大鼠實驗後血液細胞學指標、血液生化學指標、重要臟器係數比較差異均無統計學意義(p＞0.05)。兩組大鼠處死後重要臟器行病理切片染色檢查，he染色。防治組大鼠臟器組織結構排列有序，細胞大小、形態正常，胞漿、胞核染色清晰，與正常對照組比較差異無統計學意義(p＞0.05)。而觀察組出現半數死亡，半數出現不同的病狀，經過解剖研究，因長期飲用嚴重超標的汙水所致。農業實驗1、挑選均勻一致的番茄苗，移植到塑料盆中，共90盆，每盆4株，隨機分為3組，防治組、觀察組和對照組。觀察組使用嚴重超標的汙水澆灌，對照組使用正常用水澆灌，防治組使用經過本發明吸附劑及吸附方法處理過的嚴重超標的汙水澆灌。其他方面各盆番茄管理一致，成熟時收穫，收穫時測定每盆土壤重金屬含量以及收穫後番茄內重金屬含量。2、採用火焰原子吸收光譜法，對土壤中幾種重金屬的檢測結果見下表。組別pb(mg/kg)cd(mg/kg)cr(mg/kg)as(mg/kg)防治組180.08118觀察組1080.3223217對照組240.1119103、採用原子螢光光譜法(afs)，對採收的番茄中幾種重金屬的檢測結果見下表。組別pb(mg/kg)cd(mg/kg)cr(mg/kg)as(mg/kg)防治組0.10.040.10.2觀察組0.90.181.20.8對照組0.30.090.40.44、收穫時測定番茄掛果數、平均果重、產量及質量；並觀察記錄生長情況。組別平均果重(g)掛果數發病率(％)蟲害率(％)產量增幅(％)防治組270100030觀察組16053030-40對照組230815200通過以上結果可知，採用本發明的吸附劑及吸附方法可有效降低汙水中重金屬的含量，有效降低農作物的發病率和蟲害率，還能提高質量、產量，值得推廣應用。具體實施方式本發明吸附劑是由玉米秸稈和松木末製成；將玉米秸稈用清水洗滌後，放入烘箱中，在80℃下烘乾至水分≤5.0％，再粉碎至80目後與乾淨的松木末按重量比1∶1混合，加入佔混合後物料總重量25％的清水，再加入佔混合後物料總重量2.1％的水解酶，均勻混合後放入密閉容器中，控制密閉容器中的溫度為35℃，酶解16小時後，收集酶解後的物料用清水洗滌，用離心機脫水，放入乾燥箱中，在80℃下烘乾至水分≤4.0％，收集烘乾後的物料置於碳化爐中，在通入氮氣保護條件下，升溫至330℃，進行熱解炭化反應，保溫40min後，以15℃/min的升溫速度，升溫至740℃保溫1h，停止通氮氣，再將溫度以10℃/min的速率降溫至300℃，保溫半小時，加熱爐自然冷卻後，得本發明生物質炭，將本發明生物質炭浸入由紅辣蓼550g、紅半邊蓮650g、赤脛散700g、博落回650g、了哥王700g加入250l水製成的生物質液中20h，後經乾燥，加工至直徑0.2-0.5mm的顆粒得本發明吸附劑；取0.8g本發明的吸附劑投於14℃，50ml40mg·l-1的cr6+溶液中，控制溶液的ph值為4.5，吸附90min，cr6+的去除率達到98.87％；本發明的吸附劑對pb2+具有良好的吸附性能，在溫度為24℃，廢水ph為6，0.01g本發明吸附劑對100mg/l的pb2+溶液10ml吸附15min，pb2+的去除率可達99％以上。當前第1頁12