一种废水处理材料、制备方法和应用技术

技术编号:20917710 阅读:21 留言:0更新日期:2019-04-20 09:56
一种废水处理材料,包括由构树制作而成的生物炭纳米粒子、石墨相氮化碳纳米粒子和壳聚糖,构树制作而成的生物炭纳米粒子、石墨相氮化碳纳米粒子负载在壳聚糖上形成凝胶小球;构树制作而成的生物炭纳米粒子和石墨相氮化碳纳米粒子的重量比为1:10‑8:1。本发明专利技术中构树制作而成的生物炭纳米粒子、石墨相氮化碳纳米粒子负载在壳聚糖上形成的凝胶小球比表面积大、吸附位点多,对水中六价铬离子的吸附效率高;而且凝胶小球很容易与处理后的溶液分离。

A wastewater treatment material, preparation method and Application

A waste water treatment material, including biochar nanoparticles, graphite carbon nitride nanoparticles and chitosan produced from Broussonetia papyrifera, is made of biochar nanoparticles and graphite carbon nitride nanoparticles, which are loaded on chitosan to form gel beads. The weight ratio of biochar nanoparticles and graphite carbon nitride nanoparticles prepared by Broussonetia papyrifera is 1:10 8:1. \u3002 The biochar nanoparticles produced by the Broussonetia papyrifera and graphite carbon nitride nanoparticles loaded on the chitosan have larger specific surface area, more adsorption sites, higher adsorption efficiency for six valent chromium ions in water, and gel beads are easily separated from the treated solution.

【技术实现步骤摘要】
一种废水处理材料、制备方法和应用
本专利技术涉及一种成本低廉、比表面积大、高效且易分离的可用于吸附处理六价铬离子的废水处理材料、制备方法和应用。
技术介绍
水是生命之源,洁净而优良的水质是人类健康的保障,但由于人类活动使大量的污染物排入水体,造成水体污染、水质下降等环境问题,其中重金属污染是危害较大的水污染问题。重金属包括铜、锌、砷、汞、镉、铬(六价)、铅七种和类金属等,它们不能被生物降解,相反却能在食物链中的生物放大作用下积累,并对人体造成慢性中毒。为了控制水体中重金属对人体的危害,需要对废水进行处理,目前的废水处理方法有离子交换、化学沉淀、电沉积、过滤、吸附、渗透、氧化还原等。吸附法处理重金属废水具有成本低、操作简单、去除率高等优点,成为水处理研究的重点,但其处理六价铬等重金属废水也有缺点,比如吸附饱和效果会下降,如果采用的是树脂吸附,吸附饱和后需要解析,解析废液很难处理等。因此开发多种性能良好的吸附剂,对现有的吸附剂进行改良,成为了近年来的研究热点。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足,提供一种成本低廉、比表面积大且易分离的可用于吸附处理六价铬离子的废水处理材料、制备方法和应用。为解决上述技术问题,本专利技术提出的技术方案为:一种废水处理材料,包括由构树制作而成的生物炭纳米粒子、石墨相氮化碳纳米粒子和壳聚糖,所述构树制作而成的生物炭纳米粒子、石墨相氮化碳纳米粒子负载在壳聚糖上形成凝胶小球;所述构树制作而成的生物炭纳米粒子和石墨相氮化碳纳米粒子的重量比为1:1。上述的废水处理材料,优选的,加入戊二醛对凝胶小球进行交联。本专利技术中,采用的构树为锰富集构树可以在锰矿区生长并吸收土壤中的锰,利用它的树叶为原料在低氧或缺氧条件下裂解制得的生物炭,具有巨大的比表面积以及丰富的官能团,可以将其资源化应用于水体修复。锰富集构树生物炭最常用作吸附剂去除污染物,同时也可以通过增添新物质以在其微观结构上增加新的官能团,提高生物炭的吸附能力。石墨相氮化碳作为新型催化剂,具有带隙窄、能在可见光照射下催化有机反应、有良好的热稳定性、不易与常规溶剂发生反应、对环境无毒等优点。因此,采用构树生物炭结合石墨相氮化碳(g-C3N4)负载在壳聚糖上的方法,进一步增强生物炭对污染物的吸附效果。壳聚糖滴加在氢氧化钠溶液中会形成微观网状结构的凝胶,用它作为生物炭和氮化碳的载体,同时为了增强凝胶的稳定性,使用戊二醛等交联剂对其进行化学交联,防止凝胶小球破碎。本专利技术使用的构树、壳聚糖以及制作石墨相氮化碳纳米粒子的三聚氰胺的来源广泛,并且价格低廉,尤其是构树叶广泛存在于自然界中。壳聚糖、石墨相氮化碳纳米粒子和构树制作而成的生物炭纳米粒子以及三者制作出来的产品均无毒,对环境友好。构树制作而成的生物炭纳米粒子、石墨相氮化碳纳米粒子负载在壳聚糖上形成的凝胶小球比表面积大、吸附位点多,对水中六价铬离子的吸附效率高;而且凝胶小球很容易与处理后的溶液分离。一种废水处理材料的制备方法,包括以下步骤,1)石墨相氮化碳纳米粒子的制备,①称取10~60份三聚氰胺置于坩埚中,加蒸馏水使其没过药品,静置分层后,倒掉上层清液;②加无水乙醇没过药品,静置,待其分层后,倒掉上层清液;③将坩埚放入马弗炉,敞开盖子在40~120℃条件下加热30~50min;④盖上盖子,后于450~550℃条件下加热2~4h,冷却至室温并研磨过筛,即制得石墨相氮化碳纳米粒子;2)构树制作而成的生物炭纳米粒子的制备,将构树叶粉末置于刚玉坩埚中,将其放到管式炉中通入氮气,以每分钟5~10℃的速度升温到350~450℃,保持该温度1~3h,冷却,碾碎过筛后即制得构树制作而成的生物炭纳米粒子;3)①将1~5份壳聚糖溶于体积百分数为1%的乙酸溶液中,配制壳聚糖溶液,壳聚糖的浓度为0.02-0.1g/mL;②在室温下,将1~5份构树制作而成的生物炭纳米粒子和1~5份石墨相氮化碳纳米粒子加入到壳聚糖乙酸溶液中,磁力搅拌至均匀;③将上述混合溶液逐滴滴入质量浓度为1%的NaOH溶液中形成粒径均匀的壳聚糖凝胶小球;④静置3~5h后将壳聚糖凝胶小球取出并洗涤,将壳聚糖凝胶小球取出;⑤将步骤④的壳聚糖凝胶小球置于去离子水中,每克壳聚糖凝胶小球对应100~250ml的去离子水,加入戊二醛水溶液进行交联,戊二醛水溶液的浓度为25%,体积为去离子水体积的1-10%,调节pH为2~10,在50~100℃条件下缓慢搅拌,交联1~3h后,静置20~25h后洗涤至中性,最终制得废水处理材料的复合凝胶小球。一种上述的废水处理材料的应用,包括以下步骤,1)取一定量的六价铬废水,加入背景电解质;所述背景电解质包括NaCl、Na2CO3、Na2HPO3或Na2SO4的一种或者多种,所述背景电解质的摩尔浓度为0.0001~0.1mol/L;2)并调节pH值为1~12,将权利要求1或者权利要求2的废水处理材料添加到废水中,每升废水中的添加量以凝胶小球重量计为5~30g;3)在转速为50~300rpm的摇床中反应0~48h,并控制反应温度为10~50℃,反应完成后凝胶小球与溶液分离,完成对废水中六价铬的去除。附图说明图1为实施例1中复合凝胶小球的数码照片。图2为实施例1中复合凝胶小球的扫描电镜图。图3为实施例1的复合凝胶小球在六价铬废液初始浓度为50mg/L的条件下对六价铬离子的吸附量随着pH值的变化曲线图。图4为实施例1的复合凝胶小球在六价铬废液初始浓度为50mg/L的条件下对六价铬离子的吸附量随着时间的变化曲线图。具体实施方式为了便于理解本专利技术,下文将结合较佳的实施例对本专利技术作更全面、细致地描述,但本专利技术的保护范围并不限于以下具体的实施例。需要特别说明的是,当某一元件被描述为“固定于、固接于、连接于或连通于”另一元件上时,它可以是直接固定、固接、连接或连通在另一元件上,也可以是通过其他中间连接件间接固定、固接、连接或连通在另一元件上。除非另有定义,下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的,并不是旨在限制本专利技术的保护范围。实施例1一种废水处理材料的制备方法:称取30g三聚氰胺于坩埚中,加蒸馏水使其没过药品,静置分层后,倒掉上层清液,加无水乙醇没过药品,静置,待其分层后,倒掉上层清液,将坩埚放入马弗炉,敞开盖子,在70℃条件下加热40min,盖上盖子,后于500℃条件下加热3h,冷却至室温并研磨过筛,即制得石墨相氮化碳纳米粒子。将构树叶粉末置于刚玉坩埚中,将其放到管式炉中通入氮气,以每分钟7℃的速度升温到400℃,保持该温度2h,冷却,碾碎过筛后得到构树制作而成的生物炭纳米粒子。将2.5g壳聚糖溶于100mL体积百分数为1%的乙酸溶液中,配制壳聚糖溶液,在室温下,将2g构树制作而成的生物炭纳米粒子和2g石墨相氮化碳纳米粒子加入到壳聚糖乙酸溶液中,磁力搅拌至均匀。用注射器将上述混合溶液逐滴滴入400mL质量浓度为1%的NaOH溶液中形成粒径均匀的壳聚糖凝胶小球,静置4h后将壳聚糖凝胶小球取出并洗涤,将壳聚糖凝胶小球取出,置于400mL去离子水中加入5mL戊二醛水溶液进行交联,调节pH为9,在60℃条件下缓慢搅拌,交联2h后,静置20h后洗涤至中性,得到交联本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种废水处理材料,其特征在于:包括由构树制作而成的生物炭纳米粒子、石墨相氮化碳纳米粒子和壳聚糖,所述构树制作而成的生物炭纳米粒子、石墨相氮化碳纳米粒子负载在壳聚糖上形成凝胶小球;所述构树制作而成的生物炭纳米粒子和石墨相氮化碳纳米粒子的重量比为1:10~8:1。

【技术特征摘要】
1.一种废水处理材料,其特征在于:包括由构树制作而成的生物炭纳米粒子、石墨相氮化碳纳米粒子和壳聚糖,所述构树制作而成的生物炭纳米粒子、石墨相氮化碳纳米粒子负载在壳聚糖上形成凝胶小球;所述构树制作而成的生物炭纳米粒子和石墨相氮化碳纳米粒子的重量比为1:10~8:1。2.根据权利要求1所述的废水处理材料,其特征在于:加入戊二醛对凝胶小球进行交联。3.一种废水处理材料的制备方法,其特征在于:包括以下步骤,1)石墨相氮化碳纳米粒子的制备,①称取10~60份三聚氰胺置于坩埚中,加蒸馏水使其没过药品,静置分层后,倒掉上层清液;②加无水乙醇没过药品,静置,待其分层后,倒掉上层清液;③将坩埚放入马弗炉,敞开盖子在40~120℃条件下加热30~50min;④盖上盖子,后于450~550℃条件下加热2~4h,冷却至室温并研磨过筛,即制得石墨相氮化碳纳米粒子;2)构树制作而成的生物炭纳米粒子的制备,将构树叶粉末置于刚玉坩埚中,将其放到管式炉中通入氮气,以每分钟5~10℃的速度升温到350~450℃,保持该温度1~3h,冷却,碾碎过筛后即制得构树制作而成的生物炭纳米粒子;3)①将1~5份壳聚糖溶于体积百分数为1%的乙酸溶液中,配制壳聚糖溶液,壳聚糖的浓度为0.02-0.1g/mL;②在室温下,将1~5...

【专利技术属性】
技术研发人员:胡新将许悦赵运林胡熙王慧邱国强谢广玉韩诗婷霍惠雯
申请(专利权)人:中南林业科技大学
类型:发明
国别省市:湖南,43

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