CN109847698A - 一种桑树杆生物质炭/铁锰氧化物复合吸附剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桑树杆生物质炭/铁锰氧化物复合吸附剂的制备方法。将破碎烘干的桑树杆粉末，加入到ZnCl₂溶液中，搅拌，水浴加热振荡反应；自然冷却，过滤，干燥后，炭化，研磨过筛，洗涤，干燥，得桑树杆生物炭；将桑树杆生物炭材料置于超纯水中，超声波处理，在磁力搅拌下加入KMnO₄溶液，水浴加热，搅拌；加入NH₄HCO₃溶液，搅拌；滴入FeSO₄溶液，再用NaOH溶液调节混合物pH值到6.0~8.0，水浴加热，搅拌；自然冷却，过滤，洗涤后，干燥，得桑树杆生物质炭/铁锰氧化物复合吸附剂。本发明工艺设备简单、易行；所得到的吸附剂对含铬废水的处理具有较好的效果，可广泛应用于工矿企业深度处理含铬废水工序。

Description

一种桑树杆生物质炭/铁锰氧化物复合吸附剂的制备方法

技术领域

本发明涉及一种桑树杆生物质炭/铁锰氧化物复合吸附剂的制备方法，利用桑树杆为主要材料，研究了桑树杆生物质炭/铁锰氧化物复合吸附剂的制备方法。属于材料制备与水处理领域。

背景技术

近年来，重金属污染问题日益突出。铬是一种危害性极大的环境污染物，常以Cr(VI)和Cr(III)的形式存在，优其以Cr(VI)的毒性最大，常被作为第一类致癌物质。六价铬主要以铬酸盐（CrO₄ ^2-）和重铬酸盐（Cr₂O₇ ^2-）形态存于水体中。铬主要来源于冶金、金属加工、电镀、制革、油漆、颜料、印染、制药等行业。研究表明，Cr(VI)的化合物在人体内不参与新陈代谢，但能引起遗传密码的改变，从而引起细胞的突变和癌变。长期接触六价铬的父母还可能对其后代的智力发育带来不良的影响。

去除铬的主要方法有：离子交换法、膜分离法、氧化/沉淀法、絮凝/共沉淀法、微生物法、吸附法等。在这些方法中，吸附法由于设备简单、占地面积小、操作容易、效果稳定、处理后废水可循环使用、可再生使用等优点而被广泛应用。水处理中最常用的吸附剂是活性炭。据统计，在发达国家，活性炭在环境治理方面用量约占总量的1/3。制备活性炭的主要原料是木材和煤炭，但由于这些资源有限，国内外已开发了利用生物质资源，如植物秸秆、果壳、果核和其他农林产品等来制备生物炭并用于去除废水中的重金属如砷、铬、镉、铅等。广西是我国种桑养蚕最大的省区，到2015年，桑树枝条年产高达600万吨以上，将桑树枝资源化利用制备成生物炭，既给当地农民带来一定的经济收益，又变废为宝，节约资源。但未经改性的这些生物炭吸附去除重金属效果比较差。因此研制吸附能力更强、适用范围更广的改性生物炭一直是人们追求的目标。

铁氧化物对铬有较强的吸附选择性，可以利用铁氧化物改性吸附剂来增大其吸附能力。锰的氧化物具有较强的氧化性和吸附活性，一方面可以利用其吸附金属污染物，另一方面还可以把铁氧化成纳米级的氧化物。因此，本发明把铁、锰氧化物和生物炭结合起来，制备吸附效果更佳的吸附材料。

发明内容

本发明的目的就是提供一种在常压下，以桑树杆为主要原料，以氯化锌、硫酸亚铁、高锰酸钾和碳酸氢铵为辅助材料，制备桑树杆生物质炭/铁锰氧化物复合吸附剂。

目前，研究较多的吸附除铬的吸附材料中，单一的物质有水合二氧化锰、针铁矿、白云石、二氧化钛、分子筛、蒙脱石和壳聚糖等；复合的物质有磁性壳聚糖、稻壳基介孔SiO₂、磁性改性沸石、铈/四氧化三铁、硅藻土负载氧化铁、氧化石墨烯修饰生物炭等。这些吸附材料中有些吸附材料的主要成分是金属氧化物，有些吸附材料的主要成分是一些活性炭或生物炭的有机物质，它们都是吸附铬的主要物质。为了克服现有铬吸附剂吸附容量低，吸附能力有限的缺点，充分利用广西丰富的农业废弃物-桑树杆资源。本发明提供一种除铬吸附材料——桑树杆生物质炭/铁锰氧化物复合吸附剂的制备方法。由此方法制备获得的桑树杆生物质炭/铁锰氧化物复合吸附剂，其吸附初始六价铬浓度低于50.0 mg/L溶液时，吸附平衡后水样中六价铬浓度低于0.05 mg/L，去除率达大于99%，达到国家污水综合排放标准(GB8978-1996)。

具体步骤为：

（1）将桑树杆去皮后晾干，用万能破碎机破碎后过20目筛，置于烘箱中在85℃下烘干备用。

（2）称取25~50 g步骤（1）所得桑树杆粉末于2 L烧杯中，加入500 mL浓度为0.6~1.8 mol/L的氯化锌溶液，电动搅拌均匀后，水浴加热到80~100℃，以150~200 r/min振荡频率振荡反应4~8小时。

（3）将步骤（2）所得产物自然冷却，过滤，在50~60℃下干燥48~72小时。

（4）将步骤（3）所得产物在400~950℃下进行炭化，然后研磨，过200目筛，筛下产物浸泡在质量百分比浓度为2~5%的盐酸溶液中，静置10小时，过滤，再用超纯水反复洗涤滤饼多遍，当滤液pH到6.0~7.0，过滤，滤饼置于瓷盘中在110~135℃下干燥8~10小时，获得桑树杆生物炭。

（5）于500 mL具塞锥形瓶中加入3 g步骤（4）所得桑树杆生物炭，用超声振荡仪在超声频率为25-45 KH_Z下超声振荡15~35分钟后，在磁力搅拌下加入50 mL浓度为0.1~0.5mol/L的KMnO₄溶液，水浴加热到80~100℃，磁力搅拌15分钟。

（6）向步骤（5）产物中加入50 mL浓度为0.6~1.5 mol/L的NH₄HCO₃溶液，继续磁力搅拌15分钟。

（7）在磁力搅拌下，用滴定管向步骤（6）产物中缓慢滴入50 mL浓度为0.2~1.0mol/L的FeSO₄溶液，用浓度为1.0~3.0 mol/L的NaOH溶液调节步骤（6）混合物pH值到6.0~8.0，水浴加热到95℃，继续磁力搅拌4~8小时。

（8）将步骤（7）所得混合产物自然冷却，过滤，所得产物经超纯水反复洗涤至中性，再用无水乙醇洗涤一遍，滤饼置于瓷盘中在110℃下干燥8~10小时，过200目筛，得桑树杆生物质炭/铁锰氧化物复合吸附剂。

本发明工艺设备简单、易行，由于利用桑树杆为主要原材料，大大降低生产成本，并提高了产品的各项性能指标；所制备的吸附剂可广泛应用于工矿企业深度处理含铬废水工序。

附图说明

图1为改性前桑树杆生物炭SEM图，其中：（a）放大6000倍，(b)放大10000倍。

图2为桑树杆生物质炭/铁锰氧化物复合吸附剂SEM图，其中：（a）放大6000倍，(b)放大10000倍。

具体实施方式

实施例：

（1）将桑树杆去皮后晾干，用万能破碎机破碎后过20目筛，置于烘箱中在85℃下烘干备用。

（2）称取40 g步骤（1）所得桑树杆粉末于2 L烧杯中，加入500 mL浓度为0.6 mol/L的氯化锌溶液，电动搅拌均匀后，水浴加热到95℃，以200 r/min振荡频率振荡反应4小时。

（3）将步骤（2）所得产物自然冷却，过滤，在60℃下干燥48小时。

（4）将步骤（3）所得产物在450℃下进行炭化，然后研磨，过200目筛，筛下产物浸泡在质量百分比浓度为3%的盐酸溶液中，静置10小时，再用超纯水反复洗涤滤饼多遍，当滤液pH值到6.5，过滤，滤饼置于瓷盘中在110℃下干燥8小时，获得桑树杆生物炭。

（5）于500 mL具塞锥形瓶中加入3 g步骤（4）所得桑树杆生物炭，用超声振荡仪在超声频率为35 KH_Z下超声振荡30分钟后，在磁力搅拌下加入50 mL浓度为0.2 mol/L的KMnO₄溶液，水浴加热到95℃，磁力搅拌15分钟。

（6）向步骤（5）产物中加入50 mL浓度为1.2 mol/L的NH₄HCO₃溶液，继续磁力搅拌15分钟。

（7）在磁力搅拌下，用滴定管向步骤（6）产物中缓慢滴入50 mL浓度为0.5 mol/L的FeSO₄溶液，用浓度为1.0 mol/L的NaOH溶液调节步骤（6）混合物pH值到7.5，水浴加热到95℃，继续磁力搅拌4小时。

（8）将步骤（7）所得混合产物自然冷却，过滤，所得产物经超纯水反复洗涤至中性，再用无水乙醇洗涤一遍，滤饼置于瓷盘中在110℃下干燥8小时，过200目筛，得桑树杆生物质炭/铁锰氧化物复合吸附剂。

采用场发射扫描电子显微镜（JSM-7900F，日本）分析桑树杆生物质炭和桑树杆生物质炭/铁锰氧化物复合吸附剂的形貌，结果见图1、图2。

Claims (1)

1.一种桑树杆生物质炭/铁锰氧化物复合吸附剂的制备方法，其特征在于具体步骤为：

（1）将桑树杆去皮后晾干，用万能破碎机破碎后过20目筛，置于烘箱中在85℃下烘干备用；

（2）称取25~50 g步骤（1）所得桑树杆粉末于2 L烧杯中，加入500 mL浓度为0.6~1.8mol/L的氯化锌溶液，电动搅拌均匀后，水浴加热到80~100℃，以150~200 r/min振荡频率振荡反应4~8小时；

（3）将步骤（2）所得产物自然冷却，过滤，在50~60℃下干燥48~72小时；

（4）将步骤（3）所得产物在400~950℃下进行炭化，然后研磨，过200目筛，筛下产物浸泡在质量百分比浓度为2~5%的盐酸溶液中，静置10小时，过滤，再用超纯水反复洗涤滤饼多遍，当滤液pH到6.0~7.0，过滤，滤饼置于瓷盘中在110~135℃下干燥8~10小时，获得桑树杆生物炭；

（5）于500 mL具塞锥形瓶中加入3 g步骤（4）所得桑树杆生物炭，用超声振荡仪在超声频率为25-45 KH_Z下超声振荡15~35分钟后，在磁力搅拌下加入50 mL浓度为0.1~0.5 mol/L的KMnO₄溶液，水浴加热到80~100℃，磁力搅拌15分钟；

（6）向步骤（5）产物中加入50 mL浓度为0.6~1.5 mol/L的NH₄HCO₃溶液，继续磁力搅拌15分钟；

（7）在磁力搅拌下，用滴定管向步骤（6）产物中缓慢滴入50 mL浓度为0.2~1.0 mol/L的FeSO₄溶液，用浓度为1.0~3.0 mol/L的NaOH溶液调节步骤（6）混合物pH值到6.0~8.0，水浴加热到95℃，继续磁力搅拌4~8小时；

（8）将步骤（7）所得混合产物自然冷却，过滤，所得产物经超纯水反复洗涤至中性，再用无水乙醇洗涤一遍，滤饼置于瓷盘中在110℃下干燥8~10小时，过200目筛，得桑树杆生物质炭/铁锰氧化物复合吸附剂。