一種棉稈碳生態附著基棒的制備方法及其應用
【專利摘要】本發明公開了一種棉稈碳生態附著基棒的制備方法，該方法為：首先將棉殼在磷酸溶液中浸漬，將浸漬后的棉殼放入水溶液中，將水溶液的pH值調節至7并浸泡，然后干燥再進行炭化，再經研磨得到棉稈碳粉末材料，而后以木質素—酚醛樹脂膠為粘合劑，將得到的碳粉末均勻地涂抹于表面經過附著掛膜改性處理后的棉稈木質部上，經老化后，最終形成棉稈碳生態附著基棒。將棉稈碳生態附著基棒投放如水體中，對水中COD、氮、磷的凈化效果良好。
【專利說明】
一種棉稈碳生態附著基棒的制備方法及其應用
技術領域
[0001]本發明屬于生物技術領域，具體涉及一種棉桿碳生態附著基棒的制備方法及其應用。
【背景技術】
[0002]隨著我國人口增長，工業化、城市化的不斷發展，城市化進程的不斷加速，越來越多的工業廢水和生活污水排入河流，造成河流水質不斷下降。2010年中國環境狀況公報顯示，全國203條河流408個地表水國控監測斷面中，I?ΙΠ類、IV~V類和劣V類水質的斷面比例分別為57.3%、24.3%和18.4%，主要污染指標為高錳酸鹽指數、五日生化需氧量和氨氮，其中淮河為輕度污染，黃河、遼河為中度污染，海河為重度污染。這說明全國河流水體污染整體較為嚴重，嚴重污染的河流不僅會喪失自凈能力，還會引起河中生物尤其水生動植物的中毒死亡，破壞河流生態環境。因此，改善河流水質，對河流進行凈化處理，進而進行生態修復具有重要意義。傳統的河道治理技術如微生物處理、化學處理技術等雖然收效快，效果明顯，但是對河道的生態灰造成未知的不可逆的影響，而原位生態凈化技術固然很好，但是往往有很多的局限性，在秋冬氣溫降低時隨著漂浮植物的死亡，使得凈化河道污染水體的能力受到限制。
[0003]碳生態基因其實現了對環境的零負荷與完全的生物安全，因此是用于凈化水域，修復水環境的優良選擇。碳生態基具有極高的吸附性與生物親和性，能吸引微生物菌群形成粘著性生物膜，微生物以有機污染物為食，通過自身的新陳代謝作用分解水體中的有機污染物。但是碳纖維生態基由于其造價成本高的原因，因此售價高，對于講究經濟效益的工程來說，很難實現大規模的應用甚或沒辦法實現應用，使得工程效果受到限制以及產生很多治理帶來的負效果。通過此項研發可以實現碳生態基的低成本化合成，實現工程的大范圍應用，對污染河道的治理具有非常重要的現實意義。
【發明內容】
[0004]為了克服現有技術的不足，本發明的目的在于充分利用農業廢棄物資源低成本化合成碳生態附著基材料，實現工程的大范圍應用，對污染河道的治理具有非常重要的現實意義。
[0005]為達到上述目的，本發明是通過以下的技術方案來實現的。
[0006]—種棉桿碳生態附著基棒的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
1)采集棉殼，將棉殼進行篩選，去除其中的雜質，然后進行初步粉碎，得到干凈的棉殼材料；
2)將步驟I)得到的棉殼在磷酸溶液中浸漬5?30min后撈出；
3)將浸漬好的棉殼放入水溶液中，將水溶液的pH值調節至7，然后浸泡30?60min后撈出；
4)將步驟3)得到的棉殼在150?300°C下干燥30?90min;現有技術中是將磷酸浸潤的基質直接進行炭化，于是會造成在炭化的過程中，煙氣中含有大量的磷酸，不僅腐蝕設備而且污染環境，需要安裝脫磷裝置，增加成本;本專利在炭化前前將基質中的磷酸中和，洗脫，再在相對低溫下將基質烘干，可大大降低在炭化過程中煙氣中的磷酸含量；
5)將步驟4)得到的棉殼炭化；
6)將步驟5)得到的炭化棉殼粉碎；
7)采集棉桿，將棉桿浸入HCl溶液中2?4h后撈出；通過鹽酸的浸泡提高了棉桿表面的粗糙程度，細菌與載體表面的有效接觸面積隨之增加，其附著固定能力也會得到相應的提高；同時改變了基質表面的帶電荷性質，增加了微生物與生物膜附著基質之間的結合程度，總體提尚了棉桿的未水性；
8)以木質素一酚醛樹脂膠為粘合劑，將步驟6)得到的炭化棉殼粉末均勻地附著在步驟
7)得到的棉桿表面；
9)將步驟8)得到的棉桿在60?100°C條件下老化12?36h，即得棉桿碳生態附著基棒。
[0007]進一步地所述步驟2)中磷酸溶液的質量濃度為20?50%。
[0008]進一步地所述步驟5)中炭化的條件為通入氮氣，溫度為500?700°C，時間為20?60mino
[0009]進一步地所述步驟6)中將炭化的棉殼粉碎至200?300目。
[0010]進一步地所述步驟7 )中HCl溶液的質量濃度為5?20%。
[0011]進一步地還提供了一種棉桿碳生態附著基棒在水污染治理工程中的應用，將棉桿碳生態附著基棒原棉桿的根部安裝配重，投放于需要治理的水體中，定期更換。
[0012]進一步地所述配重的重量大于或等于棉桿碳生態附著基棒的浮力。可根據需要選擇配重，使棉桿碳生態附著基棒沉入水底或懸浮于水體之中。
[0013]進一步地所述棉桿碳生態附著基棒的投放密度為2-3根/m2。
[0014]進一步地所述一種棉桿碳生態附著基棒2?3個月更換一次。
[0015]有益效果:與現有技術相比，本發明的優點在于:充分利用了農業廢棄物棉桿本身材料，化費為寶，制備而成的生態基附著棒對水中C0D、氮、磷的凈化效果良好。
【具體實施方式】
[0016]下面結合實例對本發明作進一步的詳細說明。
[0017]實施例1
一種棉桿碳生態附著基棒的制備方法，方法包括如下步驟:
1、采集外觀良好，沒有附著物的棉殼，去除其中的雜質，而后初步粉碎至2_，得到干凈的棉殼材料；
2、將篩選粉碎得到的棉殼材料在20%的磷酸溶液中浸漬30min;
3、將浸漬好的棉殼浸泡在水溶液中，并用堿液調節溶液pH值至7，然后浸泡30min后撈出；
4、通過浸泡的棉殼置于干燥箱中在150°C下干燥90min ；
5、將干燥處理后的棉殼放入馬弗爐中進行炭化，通入惰性氣體氮氣，在500°C的條件下加熱60min;
6、冷卻后，研磨粉碎至200?300目，得到棉桿碳粉末材料； 7、采集棉桿，將棉桿用5%的HCl溶液浸泡4h進行附著掛膜改性處理；
8、以木質素一酚醛樹脂膠為粘合劑，將得到的碳粉末均勻地涂抹于表面經過附著掛膜改性處理后的棉桿木質部上；
9、將上述棉桿置于恒溫烘箱中在60°C條件下老化36h，最終形成棉桿碳生態附著基棒。
[0018]實施例2
一種棉桿碳生態附著基棒的制備方法，方法包括如下步驟:
1、采集外觀良好，沒有附著物的棉殼，去除其中的雜質，而后初步粉碎至4_，得到干凈的棉殼材料；
2、將篩選粉碎得到的棉殼材料在32%的磷酸溶液中浸漬1min;
3、將浸漬好的棉殼浸泡在水溶液中，并用堿液調節溶液pH值至7，然后浸泡40min后撈出；
4、通過浸泡的棉殼置于干燥箱中在2500C下干燥60min ；
5、將干燥處理后的棉殼放入馬弗爐中進行炭化，通入惰性氣體氮氣，在600°C的條件下加熱30min;
6、冷卻后，研磨粉碎至200?300目，得到棉桿碳粉末材料；
7、采集棉桿，將棉桿用10%的HCl溶液浸泡3h進行附著掛膜改性處理；
8、以木質素一酚醛樹脂膠為粘合劑，將得到的碳粉末均勻地涂抹于表面經過附著掛膜改性處理后的棉桿木質部上；
9、將上述棉桿置于恒溫烘箱中在80°C條件下老化24h，最終形成棉桿碳生態附著基棒。
[0019]實施例3
一種棉桿碳生態附著基棒的制備方法，方法包括如下步驟:
1、采集外觀良好，沒有附著物的棉殼，去除其中的雜質，而后初步粉碎至5_，得到干凈的棉殼材料；
2、將篩選粉碎得到的棉殼材料在50%的磷酸溶液中浸漬5min;
3、將浸漬好的棉殼浸泡在水溶液中，并用堿液調節溶液pH值至7，然后浸泡60min后撈出；
4、通過浸泡的棉殼置于干燥箱中在3000C下干燥30min ；
5、將干燥處理后的棉殼放入馬弗爐中進行炭化，通入惰性氣體氮氣，在700°C的條件下加熱20min;
6、冷卻后，研磨粉碎至200?300目，得到棉桿碳粉末材料；
7、采集棉桿，將棉桿用20%的HCl溶液浸泡2h進行附著掛膜改性處理；
8、以木質素一酚醛樹脂膠為粘合劑，將得到的碳粉末均勻地涂抹于表面經過附著掛膜改性處理后的棉桿木質部上；
9、將上述棉桿置于恒溫烘箱中在100°C條件下老化12h，最終形成棉桿碳生態附著基棒。
[0020]選用任意一種上述方法制備出的棉桿碳生態附著基棒，應用于某市平均水深1.2m的封閉黑臭河道治理工程，黑臭河道流域面積為1000平方米，通過圍隔包圍的實施面積為50平方米，投放了 150根棉桿碳生態附著基棒。生態附著基棒株形平齊完整，所用配重重于生態附著基棒的浮力，形成自然的水下株形體景觀。在生態附著基棒應用前期，圍隔包圍的實施區域內水體總氮含量4.9mg/L，總磷含量0.68mg/L，應用生態附著基棒60天后，水體總氮含量降至3mg/L，削減率達到39%;水體總磷含量降至0.4 mg/L，削減率達到41%，且局部水體透明度達到0.Sm以上，并2個月更換一次持續地對水體進行凈化。
[0021]選用任意一種上述方法制備出的棉桿碳生態附著基棒，將其用于某小型自然湖泊的治理工程中，湖泊平均水深2米，湖泊的流域面積是2000平方米，通過圍隔包圍的實施面積為100平方米，投放了 200根棉桿碳生態附著基棒，生態附著基棒株形平齊完整，所用配重的重量等于生態附著基棒的浮力，生態附著基棒懸浮于水體中，形成層次優美、形態各異的水體景觀。在應用前期，圍隔包圍的水體總氮含量4.3mg/L，總磷含量0.82 mg/L，應用60天后，水體總氮含量降至2.lg/L，削減率達到51%;水體總磷含量降至0.42mg/L，削減率達到49%，且局部水體透明度達到1.5m以上，并3個月更換一次持續地對水體進行凈化。
[0022]本發明按照上述實施例進行了說明，應當理解，上述實施例不以任何形式限定本發明，凡采用等同替換或等效變換方式所獲得的技術方案，均落在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種棉桿碳生態附著基棒的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)采集棉殼，將棉殼進行篩選，去除其中的雜質，然后進行初步粉碎，得到干凈的棉殼材料； 2)將步驟I)得到的棉殼在磷酸溶液中浸漬5?30min后撈出； 3)將浸漬好的棉殼放入水溶液中，將水溶液的pH值調節至7，然后浸泡30?60min后撈出； 4)將步驟3)得到的棉殼在150~300°C下干燥30?90min; 5)將步驟4)得到的棉殼炭化； 6)將步驟5)得到的炭化棉殼粉碎； 7 )采集棉桿，將棉桿浸入HCl溶液中2?4h后撈出； 8)以木質素一酚醛樹脂膠為粘合劑，將步驟6)得到的炭化棉殼粉末均勻地附著在步驟7)得到的棉桿表面； 9)將步驟8)得到的棉桿在60?100°C條件下老化12?36h，即得棉桿碳生態附著基棒。2.根據權利要求1所述的一種棉桿碳生態附著基棒的制備方法，其特征在于，所述步驟2)中磷酸溶液的質量濃度為20?50%。3.根據權利要求1所述的一種棉桿碳生態附著基棒的制備方法，其特征在于，所述步驟5)中炭化的條件為通入氮氣，溫度為500?700°C，時間為20?60min。4.根據權利要求1所述的一種棉桿碳生態附著基棒的制備方法，其特征在于，所述步驟6)中將炭化的棉殼粉碎至200~300目。5.根據權利要求1所述的一種棉桿碳生態附著基棒的制備方法，其特征在于，所述步驟7)中HCl溶液的質量濃度為5?20%。6.利用權利要求1制備的一種棉桿碳生態附著基棒在水污染治理工程中的應用，其特征在于，將棉桿碳生態附著基棒原棉桿的根部安裝配重，投放于需要治理的水體中，定期更換。7.根據權利要求6所述的一種棉桿碳生態附著基棒在水污染治理工程中的應用，其特征在于，所述配重的重量大于或等于棉桿碳生態附著基棒的浮力。8.根據權利要求6所述的一種棉桿碳生態附著基棒在水污染治理工程中的應用，其特征在于，所述棉桿碳生態附著基棒的投放密度為2-3根/m2。9.根據權利要求6所述的一種棉桿碳生態附著基棒在水污染治理工程中的應用，其特征在于，所述一種棉桿碳生態附著基棒2?3個月更換一次。
【文檔編號】C02F3/00GK105921119SQ201610263051
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月26日
【發明人】徐恩兵, 吳梅玲, 劉平平, 鄒紅菊
【申請人】南京中科水治理股份有限公司