一種利用水生植物廢棄物制備陰離子吸附劑的方法
【專利摘要】本發明涉及一種利用水生植物廢棄物制陰離子吸附劑的方法，包括下述步驟：將水生植物自然風干；加入N?N?二甲基甲酰胺、環氧氯丙烷、二乙烯三胺、三乙胺后充分混勻；放入到空氣干燥箱中反應；用去離子水反復沖洗后，放入到空氣干燥箱中干燥；即得目的產物水生植物陰離子吸附劑。本發明吸附劑可有效的去除污水中的硝酸根以及磷酸根，提升秋冬季人工濕地的運作效率，并促進水生植物的資源化利用。
【專利說明】
一種利用水生植物廢棄物制備陰離子吸附劑的方法
技術領域
[0001]本發明屬水處理技術領域，具體涉及一種利用水生植物廢棄物制備陰離子吸附劑的方法。
【背景技術】
[0002]隨著社會經濟的快速發展，大量廢水和農田徑流排入自然水體，導致水體硝酸根以及磷酸根等陰離子含量升高，富營養化問題日趨嚴重，長期飲用硝酸根以及磷酸根含量超標的水體將會對人類健康產生不利影響。
[0003]人工濕地作為一種簡單以及經濟的方式變得受到歡迎，通過水生植物的吸收以及根系的反硝化作用，有效的降低包含農田徑流以及處理城市污水高含量的硝酸根以及磷酸根等陰離子。人工濕地去除水體中的硝酸根以及磷酸根等陰離子重要依賴于植物吸收以及反硝化作用。其中，溫度是非常重要的因素。
[0004]在我國北方冬季人工濕地系統溫度降低，反硝化作用減弱，硝氮的去除率降低。并且，由于挺水植物在秋冬季會衰亡腐解，對水體造成二次污染。如何保證北方冬季人工濕地正常運行，并提高資源利用率，是現今北方冬季人工濕地處理含有高硝酸根以及磷酸根等陰離子廢水的熱點及難點。
【發明內容】
[0005]本發明旨在克服現有技術的不足之處而提供一種利用水生植物廢棄物制備一種陰離子吸附劑的方法。通過將水生植物與環氧氯丙烷和二甲胺發生交聯、叔胺化反應，研制出能夠高效去除水中硝酸根、磷酸根的陰離子交換劑，這種方法制備的水生植物陰離子吸附劑對硝酸根以及磷酸根等陰離子吸附能力強，穩定性高，可重復使用，無二次污染，可以在我國北方冬季用于去除人工濕地高硝酸根以及磷酸根廢水。
[0006]為解決上述技術問題，本發明是這樣實現的:
利用水生植物廢棄物制備陰離子吸附劑的方法，可按如下步驟實施:
(1)將水生植物自然風干，使其內部含水率低于10wt%，然后粉碎過40目篩子，獲得水生植物粉末；
(2)稱取步驟(I)所述水生植物粉末，將其置于錐形瓶中，并向錐形瓶中加入N-N-二甲基甲酰胺、環氧氯丙烷、二乙烯三胺、三乙胺后充分混勻；
(3 )將步驟(2 )含有水生植物粉末的錐形瓶放入到空氣干燥箱中反應；
(4)將步驟(3)反應后的水生植物粉末取出，用去離子水反復沖洗后，放入到空氣干燥箱中干燥;即得目的產物水生植物陰離子吸附劑。
[0007]作為一種優選方案，本發明所述水生植物為蘆葦、香蒲或茭草中的一種。
[0008]進一步地，本發明所述步驟(2)中水生植物粉末與N-N-二甲基甲酰胺、環氧氯丙烷、二乙烯三胺、三乙胺的質量體積比為3-7:1-3:1-5:0.5-2:1-3;其中水生植物粉末的質量單位為克，N-N-二甲基甲酰胺、環氧氯丙烷、二乙烯三胺、三乙胺體積的單位為毫升。
[0009]進一步地，本發明所述步驟(2)中水生植物粉末與N-N-二甲基甲酰胺、環氧氯丙烷、二乙烯三胺、三乙胺的質量體積比為5:2:3:1:2;其中水生植物粉末的質量單位為克，N-N-二甲基甲酰胺、環氧氯丙烷、二乙烯三胺、三乙胺體積的單位為毫升。
[0010]進一步地，本發明所述步驟(3)中含有水生植物粉末的錐形瓶放入到空氣干燥箱以85 °C，反應時間為2 ho
[0011]進一步地，本發明所述步驟(4)中干燥箱中干燥溫度為80°C。
[0012]因此，人工濕地中冬季的水生植物是豐富以及廉價的低成本天然材料，通過此方法制備的水生植物陰離子吸附劑成本低廉。并且可在人工濕地中原位收集水生植物并制備陰離子吸附劑，并再次移入到人工濕地中，減少了運輸成本。
[0013]與現有技術相比，本發明具有如下特點:
(I)與現有吸附劑技術相比，本發明提供的水生植物陰離子吸附劑對硝酸根以及磷酸根等陰離子具備了很強的吸附能力，并且吸附性能非常高；水生植物蘆葦制備的陰離子吸附劑對硝酸根以及磷酸根的最大吸附值分別為4.2436 mg.8_1與13.0871 mg.g_1。而他人文獻制備的陰離子吸附劑對硝酸根以及磷酸根的最大吸附值一般在1-3 mg.g—1之間。
[0014](2)本發明提供的水生植物陰離子吸附劑，利用的水生植物廢棄物是非常便宜以及容易獲得的原材料。
[0015](3)本發明通過化學改性方法制備的陰離子吸附劑，具有相當的穩定性，吸附后解吸再生并可以重復使用。
[0016](4)本發明提供的制備方法簡易，易于工業化生產。
[0017]本發明所制備的水生植物陰離子吸附劑以環氧氯丙烷作為醚化劑，在吡啶的催化作用下，與二甲胺發生交聯反應，通過接入叔胺基團，改變水生植物的表面電性和對水中硝酸根、磷酸根的去除性能，對于我國北方冬季人工濕地中高硝酸根以及磷酸根廢水有著特別優良的處理效果。
[0018]以去除冬季濕地污水中的硝酸根以及磷酸根為例，將20g水生植物蘆葦制備的陰離子吸附劑投加到硝酸根以及磷酸根濃度分別為15 mg.!/1以及8 mg.!/1的I L廢水中，硝酸根和磷酸根的濃度下降迅速，硝酸根在初期5 min，硝酸根的去除率就達到65.03%，20min后基本達到穩定，在320 min后，硝酸根的去除率達到84.31%。磷酸根在初期5 min，硝酸根的去除率就達到61.81%，80 min后基本達到穩定，在320 min后，硝酸根的去除率達到82.06%。經過水生植物陰離子吸附劑的吸附作用，吸附很快達到平衡，硝酸根被快速吸附去除，吸附后的水生植物陰離子吸附劑可以通過酸液洗脫后再回收利用。
[0019]較高的吸附速率對于實際應用有著重要的意義，吸附速率較快可以確保較高的去除效率。通過從人工濕地收集的水生植物枯落物，將其制備成水生植物陰離子吸附劑后，又重新投入到人工濕地中，可有效的去除污水中的硝酸根以及磷酸根，提升秋冬季人工濕地的運作效率，并促進水生植物的資源化利用。
【附圖說明】
[0020]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步說明。本發明的保護范圍不僅局限于下列內容的表述。
[0021]圖1為本發明的工藝流程框圖。
[0022]圖2為20g蘆葦制備陰離子吸附劑對I L的取自人工濕地含硝酸根以及磷酸根廢水的吸附效果圖。
【具體實施方式】
[0023]實施例1
(1)將蘆葦自然風干，使其內部含水率低于10%，然后粉碎過40目篩子，獲得蘆葦粉末；
(2)稱取步驟(I)所述蘆葦粉末20g，將其置于錐形瓶中，依次加入8 mL N-N-二甲基甲酰胺、12 mL環氧氯丙烷、4 mL二乙烯三胺、8 mL三乙胺后充分混勻。
[0024](3)將步驟(2)含有蘆葦粉末的錐形瓶放入到空氣干燥箱中85 °C條件下反應2 h
(4)將反應后的蘆葦粉末取出，用去離子水反復沖洗后，放入到空氣干燥箱中80 °C干燥;即得目的產物蘆葦陰離子吸附劑。
[0025]實施例2
(1)將香蒲自然風干，使其內部含水率低于10%，然后粉碎過40目篩子，獲得香蒲粉末；
(2)稱取步驟(I)所述香蒲粉末20g，將其置于錐形瓶中，依次加入8 mL N-N-二甲基甲酰胺、12 mL環氧氯丙烷、4 mL二乙烯三胺、8 mL三乙胺后充分混勻。
[0026](3)將步驟(2)含有香蒲粉末的錐形瓶放入到空氣干燥箱中85 °C條件下反應2 h
(4)將反應后的香蒲粉末取出，用去離子水反復沖洗后，放入到空氣干燥箱中80 °C干燥;即得目的產物香蒲陰離子吸附劑。
[0027]實施例3
(1)將茭草自然風干，使其內部含水率低于10%，然后粉碎過40目篩子，獲得香蒲粉末；
(2)稱取步驟(I)所述茭草粉末20g，將其置于錐形瓶中，依次加入8 mL N-N-二甲基甲酰胺、12 mL環氧氯丙烷、4 mL二乙烯三胺、8 mL三乙胺后充分混勻。
[0028](3)將步驟(2)含有茭草粉末的錐形瓶放入到空氣干燥箱中85 °C條件下反應2 h。
[0029](4)將反應后的茭草粉末取出，用去離子水反復沖洗后，放入到空氣干燥箱中800C干燥;即得目的產物茭草陰離子吸附劑。
[0030]實施例4
步驟(2)，稱取步驟(I)所述茭草粉末3g，將其置于錐形瓶中，依次加入I mL N-N-二甲基甲酰胺、I mL環氧氯丙烷、0.5 mL二乙烯三胺、I mL三乙胺后充分混勻。其它步驟同實施例3 0
[0031]實施例5
步驟(2)，稱取步驟(I)所述香蒲粉末7g，將其置于錐形瓶中，依次加入3 mL N-N-二甲基甲酰胺、5 mL環氧氯丙烷、2 mL二乙烯三胺、3 mL三乙胺后充分混勻。其它步驟同實施例2。
[0032]實施例6
步驟(2)，稱取步驟(I)所述蘆葦粉末6g，將其置于錐形瓶中，依次加入3 mL N-N-二甲基甲酰胺、I mL環氧氯丙烷、0.5 mL二乙烯三胺、3 mL三乙胺后充分混勻。其它步驟同實施例I O
[0033]以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.利用水生植物廢棄物制陰離子吸附劑的方法，其特征在于，按如下步驟實施: (1)將水生植物自然風干，使其內部含水率低于10wt%，然后粉碎過40目篩子，獲得水生植物粉末； (2)稱取步驟(I)所述水生植物粉末，將其置于錐形瓶中，并向錐形瓶中加入N-N-二甲基甲酰胺、環氧氯丙烷、二乙烯三胺、三乙胺后充分混勻； (3 )將步驟(2 )含有水生植物粉末的錐形瓶放入到空氣干燥箱中反應； (4)將步驟(3)反應后的水生植物粉末取出，用去離子水反復沖洗后，放入到空氣干燥箱中干燥;即得目的產物水生植物陰離子吸附劑。2.根據權利要求1利用水生植物廢棄物制備陰離子吸附劑的方法，其特征在于:所述水生植物為蘆葦、香蒲或茭草中的一種。3.根據權利要求1利用水生植物廢棄物制備陰離子吸附劑的方法，其特征在于:所述步驟(2)中水生植物粉末與N-N-二甲基甲酰胺、環氧氯丙烷、二乙烯三胺、三乙胺的質量體積比為3-7:1-3:1-5:0.5-2:1-3;其中水生植物粉末的質量單位為克，N-N-二甲基甲酰胺、環氧氯丙烷、二乙烯三胺、三乙胺體積的單位為毫升。4.根據權利要求3所述的利用水生植物廢棄物制備陰離子吸附劑的方法，其特征在于:所述步驟(2)中，水生植物粉末與N-N-二甲基甲酰胺、環氧氯丙烷、二乙烯三胺、三乙胺的質量體積比為5:2:3:1:2;其中水生植物粉末的質量單位為克，N-N-二甲基甲酰胺、環氧氯丙烷、二乙烯三胺、三乙胺體積的單位為毫升。5.根據權利要求1所述的利用水生植物廢棄物制備陰離子吸附劑的方法，其特征在于:所述步驟(3)中含有水生植物粉末的錐形瓶放入到空氣干燥箱以85 °C，反應時間為2 ho6.根據權利要求1所述的利用水生植物廢棄物制備陰離子吸附劑的方法，其特征在于:所述步驟(4)中干燥箱中干燥溫度為80 °C。
【文檔編號】B01J20/30GK106000336SQ201610381085
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月1日
【發明人】王博, 楊登越, 李法云, 范志平, 郭仕林, 陳鑫
【申請人】遼寧石油化工大學