一种秸秆基铬离子吸附剂的制备方法技术

本发明专利技术提供一种秸秆基铬离子吸附剂的制备方法，包括秸秆预处理、秸秆碳化和秸秆改性；其中，秸秆碳化采用水杨酸和水杨酰胺与预处理过小麦秸秆粉进行无氧高温煅烧；秸秆改性利用螯合剂，该螯合剂的制备方法为：将摩尔比为1:2‑3的乙酰水杨酸酐和脂肪醇以及无水乙酸钠和丙酮混合，于45‑85℃搅拌反应，冷凝回流，反应3‑6h后，减压蒸馏得产物，产物经丙酮2‑3次重结晶得螯合剂。本发明专利技术制备工艺简单，原料廉价易得、来源广泛，制得的小麦秸秆基吸附剂可用于处理高浓度含铬离子废水，尤其对Cr

【技术实现步骤摘要】
一种秸秆基铬离子吸附剂的制备方法
本专利技术属于重金属离子吸附领域，具体涉及一种秸秆基铬离子吸附剂的制备方法。
技术介绍
在工业上，铬及其化合物被广泛应用到各种行业，如制药、电镀、冶金、制革、染料、皮毛加工、机械工业等。含铬废水主要来源于这些行业。含铬废水中Cr通常以Cr2+(如CrO)、Cr3+(如Cr2O3)以及Cr6+(如CrO3)的形式存在，主要以Cr3+和Cr6+这两种价态存在，其对环境介质的污染呈现隐蔽性，长期性和累积性的特点，给治理带来很大的困难。Cr6+的毒性强，能致癌；Cr3+易富集。如果人体摄入了六价铬及其化合物，会对皮肤，呼吸系统以及消化系统产生很大的威胁，将导致极性刺激性皮炎、变态反应湿疹性皮炎和咽炎等。有研究表明Cr(VI)的毒性是Cr(III)的100倍。不同价态铬的毒性顺序是：Cr6+最高，其次为Cr3+，再次为Cr2+和Cr。此外，铬元素对植物的影响也是如此，微量的铬元素会促进植物生长，但当浓度较高时，则会抑制生长。因此，亟需研发切实可行的方法对其进行有效治理。生物吸附法作为一种新兴的处理重金属离子废水的方法，应用于环境治理方面，由于其具有原料来源丰富、品种多、成本低、在低浓度下处理效果好、吸附容量大、速度快、选择性好、吸附设备简单、易操作、产品易降解等特点，在去除水中重金属方面有广阔的应用前景。生物废料的再利用是变废为宝，它不仅可以解决环境污染的问题，还可以提高自身的价值。所以利用天然农林废弃物质研究开发高效的废水处理剂具有重要的现实意义。现有技术如授权公告号为CN104587981B的中国专利技术专利，公开了一种具有重金属吸附功能的纳米纤维膜及其制备方法，包括基质及自组装在表面的大分子；制备：通过化学氧化聚合法在热塑性纳米纤维膜上自组装携带氨基基团的大分子，即得。该专利技术纳米纤维膜可高效吸附重金属离子，利用先吸附后还原的原理，实现对六价铬离子的有效去除，且大分子于亲水性纳米纤维膜之间存在很强的氢键作用，大分子不会从膜上脱落，可循环使用。但是，该专利技术纳米纤维膜主要通过还原作用去除六价铬，去除方式单一，对总体铬离子的吸附容量有待提高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种秸秆基铬离子吸附剂的制备方法，原料廉价易得、来源广泛，生产工艺简单；制得的小麦秸秆基吸附剂可用于处理高浓度含铬离子废水，尤其对Cr6+具有强的螯合能力，通过物理吸附和化学吸附共同作用，可显著提高对铬离子的吸附容量，且吸附剂材料可降解，绿色环保。本专利技术为实现上述目的所采取的技术方案为：一种秸秆基铬离子吸附剂的制备方法，包括：秸秆预处理、秸秆碳化和秸秆改性，具体步骤如下：秸秆预处理：将小麦秸秆用去离子水洗净、烘干、粉碎过50-100目筛后，加入至淀粉溶液中，每1-5g秸秆加入淀粉2-10g，于25-28℃反应1-2h后，用去离子水洗净、35-40℃真空干燥后，得到去蜡质的小麦秸秆粉末；将去蜡质小麦秸秆粉末浸入0.02-0.05mol/L的氢氧化钠溶液中浸泡12-24h后，用去离子水洗净、35-40℃真空干燥；采用氢氧化钠浸泡小麦秸秆使其膨润，使秸秆组织中的纤维素、半纤维素等得到一定程度舒展，有利于碳化彻底；秸秆碳化：将预处理小麦秸秆粉与水杨酸、水杨酰胺一同加入反应釜中，密封，通氮气直至反应釜中无氧气残留，将反应釜加热至250-400℃，加热过程伴随磁力搅拌，加热作用2-3h后，先自然冷却至150-100℃，后通入冷凝水，直至反应釜冷却至常温；然后打开反应釜，将反应产物经抽滤后得到液相产物和固相产物；固相产物在60-80℃干燥24-32h，得到碳化处理的小麦秸秆；小麦秸秆经过高温碳化处理，比表面积增大，表面孔隙增加，表面物理吸附性能得到提升；采用磁力搅拌辅助加热，加热完成后先自然冷却再借助冷凝水降温，不仅有助于降低秸秆中纤维素、半纤维素的结晶度，提高小麦秸秆的碳化率，还利于加强碳化后秸秆的表面稳定性；秸秆改性：将螯合剂加入至经过碳化的小麦秸秆中，再加入去离子水和水杨酰胺，于50-60℃下隔绝空气搅拌12-24h，得到含改性小麦秸秆吸附剂的混合液；抽滤混合液，产物分别用水杨酰胺、去离子水、无水乙醇和丙酮洗后，35-40℃真空干燥得小麦秸秆基吸附剂。作为优选，秸秆碳化中，预处理小麦秸秆粉与水杨酸、水杨酰胺的质量比为50-100:1:60-120；水杨酸和水杨酰胺的特殊存在，为小麦秸秆碳化提供了稳定高效的环境：首先将秸秆粉分散，有利于在高温下充分碳化反应；还能够软化秸秆中的纤维素与半纤维素，使得二者易于分离，减少半纤维素对纤维素的覆盖，进而降低纤维素结晶度，不仅增加碳化秸秆的比表面积，还使得秸秆表面网络结构更加丰富、疏松有秩，提高了小麦秸秆的物理吸附性能；作为优选，秸秆改性中，每1-5g秸秆加入螯合剂3-12g，去离子水和水杨酰胺用量分别为200-300g和50-60g。作为优选，螯合剂的制备方法为：将摩尔比为1:2-3的乙酰水杨酸酐和脂肪醇以及无水乙酸钠和丙酮混合，于45-85℃搅拌反应，冷凝回流，反应3-6h后，减压蒸馏得产物，产物经丙酮2-3次重结晶得螯合剂；螯合剂中富含酯基和羧基，它们对重金属离子具有较强的螯合能力，因此用于秸秆改性，可显著提高秸秆对重金属离子的化学吸附性能。螯合剂制备反应机理如下：作为优选，无水乙酸钠的用量为乙酰水杨酸酐和脂肪醇总质量的0.1-0.5％；丙酮用量为混合物总量的15-20倍。作为优选，脂肪醇为具有8-16个碳原子链的脂肪族醇类。更优选地，螯合剂制备中，先将乙酰水杨酸酐溶解于25-28℃的丙酮中，搅拌5-6min，再加入柠檬酸和2-二甲氨基甲基-4-硝基苯酚，30-35℃保温20-30min后冷却至室温，加入脂肪醇；柠檬酸和2-二甲氨基甲基-4-硝基苯酚的用量分别为乙酰水杨酸酐质量的0.1-0.3％和0.05-0.1％；柠檬酸和2-二甲氨基甲基-4-硝基苯酚具有协同作用，一是加速了乙酰水杨酸酐和脂肪醇在丙酮中的分散，使得反应物充分接触反应，同时在搅拌状态下，不会造成产物将反应物覆盖而影响反应进行，提高了反应效率，保证了螯合剂中酯基和羧基的数量；另一方面，有利于加强螯合剂存在的酸性环境，使得酸性氢更易与电负性的原子形成氢键，最终可提高小麦秸秆基吸附剂的吸附容量。本专利技术小麦秸秆基吸附剂可用于处理高浓度的含Cr6+废水；经过碳化改性的小麦秸秆对Cr6+的吸附既有物理吸附又有化学吸附，以化学吸附为主；其中，小麦秸秆表面的螯合剂中富含酯基和羧基，对Cr6+螯合具有显著的效果，且螯合剂中的酸性氢更易与电负性的原子形成氢键，进一步提高了化学吸附容量；另一方面，高温碳化使秸秆的比表面积增大，当生物碳质在水溶液中，即在溶胀状态下，会出现暂时存在的微孔，使得吸附剂的比表面积进一步增加，促进了生物碳质对Cr6+的吸附。本专利技术小麦秸秆基吸附剂的使用方法为：将吸附剂投入至含Cr6+废水中，投加量为每升废水0.5-1.0g，调节废水pH为4-7，于20-30℃、150-200r/min下搅拌吸附1-2h；其中废水中Cr6+浓度不超过10000mg/L。本专利技术的有益效果为：1)本专利技术通过将小麦秸秆进行碳化、改性处理，可用于处理高浓度的含Cr6+废水，具有较好的应用前景；2)经过碳化改性的小麦秸秆对Cr6+本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种秸秆基铬离子吸附剂的制备方法，包括秸秆预处理、秸秆碳化和秸秆改性，其特征在于：所述秸秆碳化步骤为：将预处理小麦秸秆粉与水杨酸、水杨酰胺一同加入反应釜中，密封，通氮气直至反应釜中无氧气残留，将反应釜加热至250‑400℃，加热过程伴随磁力搅拌，加热作用2‑3h后，先自然冷却至150‑100℃，后通入冷凝水，直至反应釜冷却至常温；然后打开反应釜，将反应产物经抽滤后得到液相产物和固相产物；固相产物在60‑80℃干燥24‑32h，得到碳化处理的小麦秸秆。

【技术特征摘要】
1.一种秸秆基铬离子吸附剂的制备方法，包括秸秆预处理、秸秆碳化和秸秆改性，其特征在于：所述秸秆碳化步骤为：将预处理小麦秸秆粉与水杨酸、水杨酰胺一同加入反应釜中，密封，通氮气直至反应釜中无氧气残留，将反应釜加热至250-400℃，加热过程伴随磁力搅拌，加热作用2-3h后，先自然冷却至150-100℃，后通入冷凝水，直至反应釜冷却至常温；然后打开反应釜，将反应产物经抽滤后得到液相产物和固相产物；固相产物在60-80℃干燥24-32h，得到碳化处理的小麦秸秆。2.根据权利要求1所述的一种秸秆基铬离子吸附剂的制备方法，其特征在于：所述预处理小麦秸秆粉与水杨酸、水杨酰胺的质量比为50-100:1:60-120。3.根据权利要求1所述的一种秸秆基铬离子吸附剂的制备方法，其特征在于：所述秸秆预处理步骤为：将小麦秸秆用去离子水洗净、烘干、粉碎过50-100目筛后，加入至淀粉溶液中，每1-5g秸秆加入淀粉2-10g，于25-28℃反应1-2h后，用去离子水洗净、35-40℃真空干燥后，得到去蜡质的小麦秸秆粉末；将去蜡质小麦秸秆粉末浸入0.02-0.05mol/L的氢氧化钠溶液中浸泡12-24h后，用去离子水洗净、35-40℃真空干燥。4.根据权利要求1所述的一种秸秆基铬离子吸附剂的制备方法，其特征在于：所述秸秆改性步骤为：将螯合剂加入至经过碳化的小麦秸秆中，再加入去离子水和水杨酰胺，于50-60℃下隔绝空气搅拌12-24h，得到含改性小麦秸秆吸附剂的混合液；抽滤混合液，产...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔大练，
申请(专利权)人：浙江海洋大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33