申請(qǐng)日2017.12.29
公開(公告)日2018.05.01
IPC分類號(hào)C02F1/28; B01J20/20; B01J20/04; B01J20/02; B01J20/30; C02F103/30
摘要
本發(fā)明公開了一種用于處理含染料廢水的吸附劑，其制備原料包括以下組分：半焦30‑50份、水鎂石纖維10‑20份、三氯化鐵3‑5份、聚乙烯醇3‑5份、殼聚糖2‑3份。本發(fā)明還提供了一種用于處理含染料廢水的吸附劑的制備方法及其應(yīng)用。本發(fā)明通過堿改性、酸改性以及交聯(lián)反應(yīng)將水鎂石纖維與三氯化鐵摻雜到半焦微孔中，制備出用于處理含染料廢水的吸附劑，該吸附劑具有價(jià)格低廉、來源豐富、對(duì)環(huán)境友好、不造成二次污染的特點(diǎn)，并且，該吸附劑的吸附性能優(yōu)于單獨(dú)的半焦、水鎂石纖維和三氯化鐵。此外，本發(fā)明還充分利用了廢棄的半焦資源，對(duì)環(huán)境保護(hù)具有重要的意義，同時(shí)為半焦的高值化利用開辟了新的途徑。
權(quán)利要求書
1.一種用于處理含染料廢水的吸附劑，其特征在于，其制備原料包括以下組分：半焦30-50份、水鎂石纖維10-20份、三氯化鐵3-5份、聚乙烯醇3-5份、殼聚糖2-3份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于處理含染料廢水的吸附劑，其特征在于，其制備原料包括以下組分：半焦40份、水鎂石纖維15份、三氯化鐵4份、聚乙烯醇4份、殼聚糖3份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于處理含染料廢水的吸附劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
步驟1，按重量份稱取半焦30-50份、水鎂石纖維10-20份、三氯化鐵3-5份、聚乙烯醇3-5份、殼聚糖2-3份，備用;
步驟2，將步驟1中稱取的半焦和水鎂石纖維分別粉碎、過篩后混合，得到混合原料粉;
步驟3，將步驟2中得到的混合原料粉與質(zhì)量濃度為10%的氫氧化鈉溶液按照1：8-10的質(zhì)量比加入到反應(yīng)容器中，然后在40-60℃下加熱1-2h，加熱完畢后得到活化原料粉，將活化原料粉用水反復(fù)沖洗至pH為7后干燥，干燥完畢后得到堿處理原料粉;
步驟4，將步驟1中稱取的三氯化鐵配制成濃度為50-75g/L的三氯化鐵溶液，再往三氯化鐵溶液中加入步驟3中的堿處理原料粉，然后在攪拌條件下往其中滴加質(zhì)量濃度為15%的單寧酸水溶液，調(diào)節(jié)體系pH值為3-5，滴加完畢后將其加熱并持續(xù)沸騰5-15min，加熱完畢后自然冷卻至室溫，然后用水洗至中性，干燥，得到酸處理原料粉;
步驟5，將酸處理原料粉在N2保護(hù)下于500-600℃保溫1h，保溫完畢得到高溫處理原料粉;
步驟6，將步驟1中稱取的聚乙烯醇與去離子水按照1：15的質(zhì)量比混合，然后在80-90℃下攪拌至溶解，得到聚乙烯醇溶液;將步驟5的高溫處理原料粉加入到所述聚乙烯醇溶液中，同時(shí)加入步驟1中稱取的殼聚糖，攪拌均勻，得到吸附劑前驅(qū)體;
步驟7，將步驟6中吸附劑前驅(qū)體在常溫下滴加到飽和硼酸溶液中進(jìn)行固定化交聯(lián)，滴加完畢后靜置1-2h，得到固化物，將固化物洗凈、烘干，即得到所述用于處理含染料廢水的吸附劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于處理含染料廢水的吸附劑的制備方法，其特征在于，所述步驟2中半焦和水鎂石纖維分別粉碎后過40目篩。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于處理含染料廢水的吸附劑的制備方法，其特征在于，所述步驟3和所述步驟4中干燥條件均為60-80℃下干燥2-4h。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于處理含染料廢水的吸附劑的制備方法，其特征在于，所述步驟4中攪拌速度為200-250r/min。
7.一種權(quán)利要求1所述的用于處理含染料廢水的吸附劑在染料廢水處理中的應(yīng)用。
說明書
一種用于處理含染料廢水的吸附劑、其制備方法及其應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于處理含染料廢水的吸附劑、其制備方法及其應(yīng)用。
背景技術(shù)
我國是紡織印染業(yè)的第一大國，而染料廢水也是工業(yè)廢水的重要組成部分。近年來，染料廢水污染引發(fā)的環(huán)境問題日益突出。多數(shù)染料帶有復(fù)雜的芳環(huán)結(jié)構(gòu)，且具有一定的毒性和生物積聚性，在自然條件下很難降解。此外，染料廢水色度深、成分復(fù)雜、有機(jī)物含量大，如不經(jīng)過處理會(huì)給環(huán)境帶來嚴(yán)重污染。
目前常用的染料廢水處理方法主要有化學(xué)氧化法、絮凝沉淀法、離子交換法、超濾膜過濾法以及生物降解法等，但這些方法因成本高、污泥量大、效率低等原因難以得到廣泛應(yīng)用，因此尋找一種高效、節(jié)能、綠色環(huán)保的染料廢水處理方法是目前國內(nèi)外染料廢水處理領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。
吸附法由于操作簡單、不引入新的污染物、去除效率高以及可重復(fù)利用，能實(shí)現(xiàn)廢物的資源化而受到廣泛的重視。因此，選擇價(jià)格低廉、吸附效果強(qiáng)的吸附材料用于含染料廢水的處理是一項(xiàng)很有意義的工作。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于處理含染料廢水的吸附劑，解決了現(xiàn)有技術(shù)中采用化學(xué)氧化法、絮凝沉淀法、離子交換法、活性炭吸附法以及生物降解法等處理染料廢水因成本高、污泥量大、效率低以及使用后需再生等原因難以得到廣泛應(yīng)用的問題。
本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種用于處理含染料廢水的吸附劑，其制備原料包括以下組分：半焦30-50份、水鎂石纖維10-20份、三氯化鐵3-5份、聚乙烯醇3-5份、殼聚糖2-3份。
優(yōu)選的，所述用于處理含染料廢水的吸附劑的制備原料包括以下組分：半焦40份、水鎂石纖維15份、三氯化鐵4份、聚乙烯醇4份、殼聚糖3份。
本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種用于處理含染料廢水的吸附劑的制備方法，包括以下步驟：
步驟1，按重量份稱取半焦30-50份、水鎂石纖維10-20份、三氯化鐵3-5份、聚乙烯醇3-5份、殼聚糖2-3份，備用;
步驟2，將步驟1中稱取的半焦和水鎂石纖維分別粉碎、過篩后混合，得到混合原料粉;
步驟3，將步驟2中得到的混合原料粉與質(zhì)量濃度為10%的氫氧化鈉溶液按照1：8-10的質(zhì)量比加入到反應(yīng)容器中，然后在40-60℃下加熱1-2h，加熱完畢后得到活化原料粉，活化原料粉用水反復(fù)沖洗至pH為7后干燥，干燥完畢后得到堿處理原料粉;
步驟4，將步驟1中稱取的三氯化鐵配制成濃度為50-75g/L的三氯化鐵溶液，再往三氯化鐵溶液中加入步驟3中的堿處理原料粉，然后在攪拌條件下往其中滴加質(zhì)量濃度為15%的單寧酸水溶液，調(diào)節(jié)體系pH值為3-5，滴加完畢后將其加熱并持續(xù)沸騰5-15min，加熱完畢后自然冷卻至室溫，然后用水洗至中性，干燥，得到酸處理原料粉;
步驟5，將酸處理原料粉在N2保護(hù)下于500-600℃保溫1h，保溫完畢得到高溫處理原料粉;
步驟6，將步驟1中稱取的聚乙烯醇與去離子水按照1：15的質(zhì)量比混合，然后在80-90℃下攪拌至溶解，得到聚乙烯醇溶液;將步驟5的高溫處理原料粉加入到所述聚乙烯醇溶液中，同時(shí)加入步驟1中稱取的殼聚糖，攪拌均勻，得到吸附劑前驅(qū)體;
步驟7，將步驟6中吸附劑前驅(qū)體在常溫下滴加到飽和硼酸溶液中進(jìn)行固定化交聯(lián)，滴加完畢后靜置1-2h，得到固化物，將固化物洗凈、烘干，即得到所述用于處理含染料廢水的吸附劑。
優(yōu)選的，所述步驟2中半焦和水鎂石纖維分別粉碎后過40目篩。
優(yōu)選的，所述步驟3和步驟4中干燥條件均為60-80℃下干燥2-4h。
優(yōu)選的，所述步驟4中攪拌速度為200-250r/min。
本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供一種用于處理含染料廢水的吸附劑在染料廢水處理中的應(yīng)用。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：
本法中所用的半焦具有較高的比表面積和豐富的孔隙結(jié)構(gòu)，通過將水鎂石纖維和半焦混合在一起進(jìn)行酸改性、堿改性，提高半焦空隙與水鎂石纖維之間的結(jié)合力，使水鎂石纖維牢固的鑲嵌在活性半焦孔隙內(nèi);然后再將鑲嵌有水鎂石纖維的活性半焦高溫煅燒，使水鎂石纖維分解失去結(jié)晶水，從而在活性半焦內(nèi)形成數(shù)量眾多的微孔和活性點(diǎn)位，三氯化鐵能夠負(fù)載在眾多的活性位點(diǎn)上，從而將半焦、氧化鎂、三氯化鐵三者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，進(jìn)而提高其吸附性能。在高溫煅燒后，高溫煅燒產(chǎn)物再進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，進(jìn)一步增加了吸附劑的吸附容量，使其吸附性能更為優(yōu)越。
本發(fā)明通過堿改性、酸改性以及交聯(lián)反應(yīng)將水鎂石纖維與三氯化鐵摻雜到半焦微孔中，制備出用于處理含染料廢水的吸附劑，該吸附劑具有價(jià)格低廉、來源豐富、對(duì)環(huán)境友好、不造成二次污染的特點(diǎn)。并且，本發(fā)明所提供的用于含染料廢水吸附劑對(duì)于染料的吸附性能優(yōu)于單獨(dú)的半焦、水鎂石纖維和三氯化鐵。此外，本發(fā)明充分利用廢棄的半焦資源，對(duì)環(huán)境保護(hù)具有重要的意義，同時(shí)為半焦的高值化利用開辟了新的途徑。
具體實(shí)施方式
為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案能予以實(shí)施，下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但所舉實(shí)施例不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
本發(fā)明各實(shí)施例中所述試驗(yàn)方法，如無特殊說明，均為常規(guī)方法，所用原料如無特殊說明，均為常規(guī)試劑。
實(shí)施例1
一種用于處理含染料廢水的吸附劑，其制備原料包括以下組分：半焦40份、水鎂石纖維15份、三氯化鐵4份、聚乙烯醇4份、殼聚糖3份。
具體制備方法如下：
步驟1，按重量份稱取半焦40份、水鎂石纖維15份、三氯化鐵4份、聚乙烯醇4份、殼聚糖3份，備用;
步驟2，將步驟1中稱取的半焦和水鎂石纖維分別粉碎、過40目篩后混合，得到混合原料粉;
步驟3，將步驟2中得到的混合原料粉與質(zhì)量濃度為10%的氫氧化鈉溶液按照1：9的質(zhì)量比加入到反應(yīng)容器中，然后在50℃下加熱1.5h，加熱完畢后得到活化原料粉，活化原料粉用水反復(fù)沖洗至pH為7后于60℃下干燥4h，干燥完畢后得到堿處理原料粉;
步驟4，將步驟1中稱取的三氯化鐵配制成濃度為50g/L的三氯化鐵溶液，再往三氯化鐵溶液中加入步驟3中的堿處理原料粉，然后在200r/min的攪拌速度下往其中滴加質(zhì)量濃度為15%的單寧酸水溶液，調(diào)節(jié)體系pH值為5，滴加完畢后將其加熱并持續(xù)沸騰10min，加熱完畢后自然冷卻至室溫，然后用水洗至中性，于60℃下干燥4h，干燥完畢得到酸處理原料粉;
步驟5，將酸處理原料粉在N2保護(hù)下于500℃保溫1h，保溫完畢得到高溫處理原料粉;
步驟6，將步驟1中稱取的聚乙烯醇與去離子水按照1：15的質(zhì)量比混合，然后在90℃下攪拌至溶解，得到聚乙烯醇溶液;將步驟5的高溫處理原料粉加入到聚乙烯醇溶液中，同時(shí)加入步驟1中稱取的殼聚糖，攪拌均勻，得到吸附劑前驅(qū)體;
步驟7，將步驟6中吸附劑前驅(qū)體在常溫下滴加到飽和硼酸溶液中進(jìn)行固定化交聯(lián)，滴加完畢后靜置1h，得到固化物，將固化物洗凈、烘干，即得到用于處理含染料廢水的吸附劑。
實(shí)施例2
一種用于處理含染料廢水的吸附劑，其制備原料包括以下組分：半焦30份、水鎂石纖維20份、三氯化鐵3份、聚乙烯醇5份、殼聚糖2.5份。
具體制備方法如下：
步驟1，按重量份稱取半焦30份、水鎂石纖維20份、三氯化鐵3份、聚乙烯醇5份、殼聚糖2.5份，備用;
步驟2，將步驟1中稱取的半焦和水鎂石纖維分別粉碎、過40目篩后混合，得到混合原料粉;
步驟3，將步驟2中得到的混合原料粉與質(zhì)量濃度為10%的氫氧化鈉溶液按照1：8的質(zhì)量比加入到反應(yīng)容器中，然后在60℃下加熱1h，加熱完畢后得到活化原料粉，活化原料粉用水反復(fù)沖洗至pH為7后于70℃下干燥3h，干燥完畢后得到堿處理原料粉;
步驟4，將步驟1中稱取的三氯化鐵配制成濃度為65g/L的三氯化鐵溶液，再往三氯化鐵溶液中加入步驟3中的堿處理原料粉，然后在220r/min的攪拌速度下往其中滴加質(zhì)量濃度為15%的單寧酸水溶液，調(diào)節(jié)體系pH值為4，滴加完畢后將其加熱并持續(xù)沸騰5min，加熱完畢后自然冷卻至室溫，然后用水洗至中性，于70℃下干燥3h，干燥完畢得到酸處理原料粉;
步驟5，將酸處理原料粉在N2保護(hù)下于550℃保溫1h，保溫完畢得到高溫處理原料粉;
步驟6，將步驟1中稱取的聚乙烯醇與去離子水按照1：15的質(zhì)量比混合，然后在85℃下攪拌至溶解，得到聚乙烯醇溶液;將步驟5的高溫處理原料粉加入到聚乙烯醇溶液中，同時(shí)加入步驟1中稱取的殼聚糖，攪拌均勻，得到吸附劑前驅(qū)體;
步驟7，將步驟6中吸附劑前驅(qū)體在常溫下滴加到飽和硼酸溶液中進(jìn)行固定化交聯(lián)，滴加完畢后靜置1.5h，得到固化物，將固化物洗凈、烘干，即得到用于處理含染料廢水的吸附劑。
實(shí)施例3
一種用于處理含染料廢水的吸附劑，其制備原料包括以下組分：半焦50份、水鎂石纖維10份、三氯化鐵3份、聚乙烯醇3份、殼聚糖2份。
具體制備方法如下：
步驟1，按重量份稱取半焦50份、水鎂石纖維10份、三氯化鐵3份、聚乙烯醇3份、殼聚糖2份，備用;
步驟2，將步驟1中稱取的半焦和水鎂石纖維分別粉碎、過40目篩后混合，得到混合原料粉;
步驟3，將步驟2中得到的混合原料粉與質(zhì)量濃度為10%的氫氧化鈉溶液按照1：10的質(zhì)量比加入到反應(yīng)容器中，然后在40℃下加熱2h，加熱完畢后得到活化原料粉，活化原料粉用水反復(fù)沖洗至pH為7后于80℃下干燥2h，干燥完畢后得到堿處理原料粉;
步驟4，將步驟1中稱取的三氯化鐵配制成濃度為75g/L的三氯化鐵溶液，再往三氯化鐵溶液中加入步驟3中的堿處理原料粉，然后在250r/min的攪拌速度下往其中滴加質(zhì)量濃度為15%的單寧酸水溶液，調(diào)節(jié)體系pH值為3，滴加完畢后將其加熱并持續(xù)沸騰15min，加熱完畢后自然冷卻至室溫，然后用水洗至中性，于80℃下干燥2h，干燥完畢得到酸處理原料粉;
步驟5，將酸處理原料粉在N2保護(hù)下于600℃保溫1h，保溫完畢得到高溫處理原料粉;
步驟6，將步驟1中稱取的聚乙烯醇與去離子水按照1：15的質(zhì)量比混合，然后在80℃下攪拌至溶解，得到聚乙烯醇溶液;將步驟5的高溫處理原料粉加入到聚乙烯醇溶液中，同時(shí)加入步驟1中稱取的殼聚糖，攪拌均勻，得到吸附劑前驅(qū)體;
步驟7，將步驟6中吸附劑前驅(qū)體在常溫下滴加到飽和硼酸溶液中進(jìn)行固定化交聯(lián)，滴加完畢后靜置2h，得到固化物，將固化物洗凈、烘干，即得到用于處理含染料廢水的吸附劑。
實(shí)施例4
取0.1g實(shí)施例1中制備出的用于處理含染料廢水的吸附劑，置于100mL錐形瓶中，加入30mL濃度為50mg/L的甲基橙廢水，然后在室溫下以150r/min的速度振蕩1h，振蕩完畢后取出吸附劑，然后將吸附完畢后的甲基橙廢水廢水靜置澄清，取樣測(cè)其吸光度，再根據(jù)朗伯-比爾定律由吸光度推算出此時(shí)廢水中對(duì)甲基橙的濃度，用甲基橙廢水的吸附率來評(píng)價(jià)實(shí)施例1中制備出的改性吸附的吸附能力，按公式計(jì)算甲基橙吸附率，計(jì)算公式如下：
D=[(A0-A1)/A0]×100%
式中D為甲基橙的吸附率;A0為吸附前甲基橙廢水的吸光度;A1為吸附后甲基橙廢水的吸光度。
實(shí)施例5
具體操作、檢測(cè)過程同實(shí)施例4，不同之處在于，實(shí)施例5所用吸附劑為實(shí)施例2制備好的用于處理含染料廢水的吸附劑，染料廢水為堿性紅廢水。
實(shí)施例6
具體操作、檢測(cè)過程同實(shí)施例4，不同之處在于，實(shí)施例6所用吸附劑為實(shí)施例3制備好的用于處理含染料廢水的吸附劑，染料廢水為酸性紅廢水。
為了進(jìn)一步說明本發(fā)明的效果，實(shí)驗(yàn)中還設(shè)置了對(duì)比例，具體如下：
對(duì)比例1
同實(shí)施例4，不同之處在于用半焦代替實(shí)施例1制備出的吸附劑。
對(duì)比例2
同實(shí)施例5，不同之處在于用水鎂石纖維代替實(shí)施例2制備出的吸附劑。
對(duì)比例3
同實(shí)施例6，不同之處在于用三氯化鐵代替實(shí)施例3制備出的吸附劑。
具體試驗(yàn)結(jié)果見表1-2。
表1吸附劑性能指標(biāo)
項(xiàng)目比表面積(cm2/g)平均孔徑(nm)孔容(cm3/g)實(shí)施例1728.51.8140.807實(shí)施例2718.21.7960.798實(shí)施例3725.61.8020.812原料半焦456.310.1040.456
從表1可以看出，實(shí)施例1-3制備出的吸附劑的比表面積以及孔容均較未改性的半焦的大，孔徑則相對(duì)較小，說明經(jīng)過本發(fā)明的處理后，半焦中的小孔、中孔均被改性成微孔，且微孔數(shù)量更多，所以吸附性能更好。
表2染料廢水吸附效果
從表2可以看出，相對(duì)于單獨(dú)的各原料來說，本發(fā)明實(shí)施例1-3制備出的吸附對(duì)各種染料廢水均具有更好的吸附效果，且經(jīng)過吸附后，吸附率均能達(dá)到97%以上。
需要說明的是，本發(fā)明權(quán)利要求書中涉及數(shù)值范圍時(shí)，應(yīng)理解為每個(gè)數(shù)值范圍的兩個(gè)端點(diǎn)以及兩個(gè)端點(diǎn)之間任何一個(gè)數(shù)值均可選用，由于采用的步驟方法與實(shí)施例1-6相同，為了防止贅述，本發(fā)明的描述了優(yōu)選的實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對(duì)這些實(shí)施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實(shí)施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。
