一種核桃殼生物質炭吸附劑去除廢水中活性艷紅k-2g染料的方法
【專利摘要】一種核桃殼生物質炭吸附劑去除廢水中活性艷紅K-2G染料的方法，屬于廢水處理【技術領域】。將得到的核桃殼生物質炭吸附劑加入到起始pH為2～11、含200～1000mg/L活性艷紅K-2G的廢水中，同時加入氯化鈉使其質量百分比濃度0～30%，在25℃～45℃下攪拌或振蕩吸附8～15h后，過濾分離，濾液調至中性后排放。本發明操作簡單，成本低廉，無二次污染，具有產業化前景。
【專利說明】一種核桃殼生物質炭吸附劑去除廢水中活性艷紅K-2G染料的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于廢水處理【技術領域】，具體是涉及一種利用核桃殼生物質炭吸附劑去除廢水中活性艷紅K-2G染料的方法。
【背景技術】
[0002]染料廣泛應用于印染、皮革、造紙、化妝品、油漆、橡膠、塑料、殺蟲劑、木材防腐劑等各種工業。一般來說，含10?200mg/L染料的廢水排放到自然水體會對生物體造成毒害甚至產生“三致”效應(即致癌、致突變、致畸形效應)。因其結構復雜和難降解等特性，染料難以脫色，這使得必須從廢水中去除染料。按照化學結構，染料可分為偶氮染料、蒽醌染料、三苯甲烷染料等，其中偶氮染料應用最廣泛，蒽醌染料次之。按應用，常用的染料又可分為酸性染料、堿性染料、活性染料等。
[0003]與傳統的印染廢水治理技術(如離子交換法、膜分離法、化學沉淀法及氧化還原法等)相比，生物吸附法在處理印染廢水方面有著其它方法不可替代的優勢，如高效廉價、吸附材料來源廣泛、無二次污染等。活性炭是印染廢水吸附處理中應用最廣泛的常規吸附劑，但因價格昂貴且難以再生，限制了其進一步的推廣應用。國內外眾多學者先后研究了泥炭、膨潤土、飛灰、黏土、硅土等廉價材料的吸附脫色效果，但這些吸附劑總體上吸附容量不大，且需要較大的投加量。因此，非常有必要開發更為廉價高效的吸附劑。生物質炭吸附劑是一種典型的生物吸附劑，是指由富含碳的生物質通過裂解或者不完全燃燒生成的一種生物質。生物質炭具有發達的孔隙結構、高的比表面積以及豐富的表面官能團等特點，這使生物質炭在生物吸附領域有廣泛的應用前景。
[0004]農林廢棄物資源豐富，但大多被焚燒、填埋或丟棄，如秸桿等農業廢棄物在田間焚燒，食品加工的副產品如殼、皮等被當作垃圾填埋，林業產品加工產生的木屑、鋸末等被直接丟棄，不僅污染了環境，還造成了資源的嚴重浪費。因此，如何處置和利用農林廢棄物已成為世界各國關注的焦點之一。
[0005]核桃是一種木本油料植物，在我國多個地區均有大面積種植。據統計，我國核桃年產量2008年為83萬t，2009年為98萬t，2010年為106萬t，核桃產量逐年快速增加。目前我國核桃產量已居世界首位。按照核桃殼的質量占核桃總質量的30%計算，則2010年核桃殼的產量為31.8萬t。以前核桃作為干果銷售，食用后直接丟棄，其果殼難以回收。目前，食品加工行業中對核桃進行了深加工，其加工副產品核桃殼雖然可以系統回收，但是多數仍舊被焚燒或丟棄，造成了資源浪費和環境污染。核桃殼的主要成分是木素、纖維素和半纖維素，是一種固定碳和揮發分含量較高而灰分較少的含碳物質。如果將廢棄的核桃殼用于制備生物質炭，其前景非常廣闊。在本專利中，提供了利用核桃殼制備生物質炭吸附劑去除印染廢水中活性艷紅K-2G (偶氮染料)的有效方法，不僅可以減輕大量焚燒或丟棄核桃殼造成的環境負荷，還可以變廢為寶，去除廢水中的活性艷紅K-2G染料，以廢治廢，實現核桃殼資源的有效利用和水環境保護。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種高效環保的利用核桃殼生物質炭吸附去除廢水中活性艷紅K-2G染料的方法。
[0007]—種核桃殼生物質炭吸附劑，其制備方法包括以下步驟:
[0008]將核桃殼用自來水清洗，經干燥，破碎、篩分至300?600μπι，用30%?70%的氯化鋅溶液充分浸泡破碎后的核桃殼，再經480?640W微波加熱10?20min后，用10%的鹽酸酸洗所得核桃殼生物質炭，用蒸餾水清洗至PH呈中性，干燥，即得到核桃殼生物質炭吸附劑。
[0009]所述的核桃是市售普通核桃(種名為Juglans Regia，核桃殼硬且厚)。
[0010]優選破碎后的核桃殼與氯化鋅溶液的浸潰比即核桃殼(g):氯化鋅溶液(g)為1:6 ?1:10。
[0011]上述的核桃殼生物質炭吸附劑用于去除廢水中的活性艷紅K-2G染料。
[0012]將得到的核桃殼生物質炭吸附劑加入到起始pH為2?11、含200?1000mg/L活性艷紅K-2G的廢水中，同時加入氯化鈉使其質量百分比濃度為O?30%，在25°C?45°C下攪拌或振蕩吸附8?15h后，過濾分離，濾液調至中性后排放。
[0013]上述核桃殼生物質炭吸附劑用于去除廢水中的活性艷紅K-2G時，核桃殼生物質炭吸附劑用量為I?5g/L，廢水溶液的起始pH優選pH=2，優選不加氯化鈉，活性艷紅K-2G廢水中活性艷紅K-2G的濃度優選200?600mg/L。
[0014]本發明的有益效果體現在:
[0015](I)本發明的核桃殼生物質炭吸附劑具有極好的吸附性能，吸附容量非常大，25°C時活性艷紅K-2G最大單分子層吸附量Qtl是500.00mg/g。
[0016](2)與化學沉淀、膜分離、氧化還原、生物降解等方法相比，本發明的利用核桃殼生物質炭吸附去除廢水中活性艷紅K-2G染料的方法，操作簡單，成本低廉，無二次污染，具有產業化前景。
[0017](3)本發明制備的核桃殼生物質炭吸附劑，不僅減輕了環境負荷，同時為核桃殼的利用提供了新途徑，實現了資源的有效利用和水環境保護。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為pH對核桃殼生物質炭吸附去除活性艷紅K-2G效果的影響。
[0019]圖2為氯化鈉濃度對核桃殼生物質炭吸附去除活性艷紅K-2G的影響。
[0020]圖3為活性艷紅K-2G初始濃度對核桃殼生物質炭吸附去除活性艷紅K-2G效果的影響。
[0021 ] 圖4為核桃殼生物質炭吸附活性艷紅K-2G的Langmuir吸附等溫線。
【具體實施方式】
[0022]下面結合具體實施例來對本發明作進一步詳細說明，但本發明并不限制于實施例。
[0023]吸附劑的制備[0024]取一定質量市售普通核桃的殼，用自來水清洗，經干燥，破碎、篩分至300?600 μ m，將破碎后的核桃殼與氯化鋅溶液按照核桃殼質量(g):氯化鋅溶液質量(g)為1:6的比例混合浸潰于錐形瓶中，其中氯化鋅溶液的濃度為30%，再經560W微波加熱15min后，用10%的鹽酸酸洗所得核桃殼生物質炭，用蒸餾水清洗至pH呈中性，干燥，即得到吸附劑A。
[0025]取一定質量市售普通核桃的殼，用自來水清洗，經干燥，破碎、篩分至300?600 μ m，將破碎后的核桃殼與氯化鋅溶液按照核桃殼質量(g):氯化鋅溶液質量(g)為1:7的比例混合浸潰于錐形瓶中，其中氯化鋅溶液的濃度為40%，再經520W微波加熱ISmin后，用10%的鹽酸酸洗所得核桃殼生物質炭，用蒸餾水清洗至pH呈中性，干燥，即得到吸附劑B。
[0026]取一定質量市售普通核桃的殼，用自來水清洗，經干燥，破碎、篩分至300?600 μ m，將破碎后的核桃殼與氯化鋅溶液按照核桃殼質量(g):氯化鋅溶液質量(g)為1:8的比例混合浸潰于錐形瓶中，其中氯化鋅溶液的濃度為50%，再經480W微波加熱20min后，用10%的鹽酸酸洗所得核桃殼生物質炭，用蒸餾水清洗至pH呈中性，干燥，即得到吸附劑C。
[0027]取一定質量市售普通核桃的殼，用自來水清洗，經干燥，破碎、篩分至300?600 μ m，將破碎后的核桃殼與氯化鋅溶液按照核桃殼質量(g):氯化鋅溶液質量(g)為1:9的比例混合浸潰于錐形瓶中，其中氯化鋅溶液的濃度為60%，再經600W微波加熱13min后，用10%的鹽酸酸洗所得核桃殼生物質炭，用蒸餾水清洗至pH呈中性，干燥，即得到吸附劑D。
[0028]取一定質量市售普通核桃的殼，用自來水清洗，經干燥，破碎、篩分至300?600 μ m，將破碎后的核桃殼與氯化鋅溶液按照核桃殼質量(g):氯化鋅溶液質量(g)為1:10的比例混合浸潰于錐形瓶中，其中氯化鋅溶液的濃度為70%，再經640W微波加熱IOmin后，用10%的鹽酸酸洗所得核桃殼生物質炭，用蒸餾水清洗至pH呈中性，干燥，即得到吸附劑E。
[0029]實施例1
[0030]取吸附劑D和氯化鈉加入溶液pH值分別為2、4、7、9、11，500mg/L的活性艷紅K-2G溶液中，其中每0.05g吸附劑D對應5.0g氯化鈉、50mL活性艷紅K-2G溶液，于25°C下攪拌或振蕩8h后，過濾分離，濾液調至中性后排放。
[0031]不同初始pH對活性艷紅K-2G去除效果的影響如圖1所示。隨著pH由2升高至11，吸附劑D對活性艷紅K-2G的吸附量由233.55mg/g減少到183.85mg/g，表明本發明的去除活性艷紅K-2G的方法對pH=2含活性艷紅K-2G的廢水有最佳處理效果。
[0032]實施例2
[0033]取吸附劑E加入pH=2、600mg/L活性艷紅K-2G溶液中，其中每0.15g吸附劑E對應50mL活性艷紅K-2G溶液，同時加入氯化鈉使其百分比質量濃度分別為0%、2%、5%、10%、15%、30%，于25°C下攪拌或振蕩IOh后，過濾分離，濾液調至中性后排放。
[0034]氯化鈉濃度對活性艷紅K-2G去除效果的影響如圖2所示。由圖2可知，加入一定質量的氯化鈉(質量百分比< 30%)并未提高甚至降低核桃殼生物質炭吸附去除活性艷紅K-2G的效果。因此，在本發明的吸附去除活性艷紅K-2G的方法中，建議不加入氯化鈉。
[0035]實施例3
[0036]取吸附劑A加入pH=2、分別含200、400、600、800、1000mg/L活性艷紅K-2G的溶液中，其中每0.25g吸附劑A對應50mL活性艷紅K-2G溶液，于35°C下攪拌或振蕩12h后，過濾分離，濾液調至中性后排放。
[0037]活性艷紅K-2G初始濃度對活性艷紅K-2G去除效果的影響如圖3所示。隨著活性艷紅K-2G初始濃度由200mg/L增加到600mg/L，吸附量由105.22mg/g上升到256.56mg/g,而去除率僅由88.98%下降到87.10%。活性艷紅K-2G濃度在800mg/L和1000mg/L時，活性艷紅K-2G吸附量分別為324.96mg/g、389.26mg/g,但去除效率僅為81.74%,76.70%。這表明本發明的去除活性艷紅K-2G的方法對于含200~600mg/L活性艷紅K-2G的廢水有較好的處理效果。
[0038]實施例4
[0039]取吸附劑B分別加入到pH=2、活性艷紅K-2G濃度分別為400、600、800、1000mg/L活性艷紅K-2G溶液中，其中每0.20g吸附劑B對應50mL活性艷紅K-2G溶液，于25 °C、35 °C、45°C下攪拌或振蕩15h后，過濾分離，濾液調至中性后排放。
[0040]吸附結果用Langmuir吸附等溫線擬合，不同溫度下的吸附等溫線如圖4所示，擬合結果如表1所示。從圖4和表1可以看出，Langmuir模型對核桃殼生物質炭吸附劑對活性艷紅K-2G的等溫吸附試驗數據的擬合效果很好，因此Langmuir模型可以很好地描述核桃殼生物質炭吸附劑對活性艷紅K-2G的等溫吸附試驗數據。
[0041]25°C時，用Langmuir等溫線計算得到的核桃殼生物質炭吸附劑吸附活性艷紅K-2G的最大單分子層吸附量Qtl是526.32mg/g。不同吸附劑對活性艷紅染料的Qtl比較如表
2所示。結果表明:本發明的核桃殼生物質炭吸附劑對活性艷紅K-2G的吸附容量足夠大，可以廣泛應用于含活性艷紅K-2G廢水的處理。
[0042]表1Langmuir吸附等溫線參數
[0043]
【權利要求】
1.核桃殼生物質炭吸附劑用于去除廢水中的活性艷紅K-2G染料。
2.一種核桃殼生物質炭吸附劑去除廢水中的活性艷紅K-2G染料的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將核桃殼用自來水清洗，經干燥，破碎、篩分至300?600μπι，用30%?70%的氯化鋅溶液充分浸泡破碎后的核桃殼，再經480?640W微波加熱10?20min后，用10%的鹽酸酸洗所得核桃殼生物質炭，用蒸餾水清洗至PH呈中性，干燥，即得到核桃殼生物質炭吸附劑； (2)將得到的核桃殼生物質炭吸附劑加入到起始pH為2?11、含200?1000mg/L活性艷紅K-2G的廢水中，同時加入氯化鈉使其質量百分比濃度O?30%，在25°C?45°C下攪拌或振蕩吸附8?15h后，過濾分離，濾液調至中性后排放。
3.按照權利要求2的方法，其特征在于，破碎后的核桃殼與氯化鋅溶液的浸潰比即核桃殼(g):氯化鋅溶液(g)為1:6?1:10。
4.按照權利要求2的方法，其特征在于，核桃殼生物質炭吸附劑用量為I?5g/L。
5.按照權利要求2的方法，其特征在于，廢水溶液的起始pH優選pH=2。
6.按照權利要求2的方法，其特征在于，優選不加氯化鈉。
7.按照權利要求2的方法，其特征在于，活性艷紅K-2G廢水中活性艷紅K-2G的濃度優選 200 ?600mg/L。
【文檔編號】B01J20/20GK103861560SQ201410093243
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月13日 優先權日:2014年3月13日
【發明者】高景峰, 司春英, 楊辰 申請人:北京工業大學