一種用于處理含鎘廢水的吸附劑的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于處理含鎘廢水的吸附劑，是以質量比為100:10?15:30?50:5?10:3?5:8?12的桑枝粉、丙烯酸馬來酸酐共聚物、鼠尾藻粉、硫脲、硫酸鈰和羧甲基纖維素鈉作為原料，通過微波加熱法制成吸附劑。本發明制備的吸附劑具有原料來源廣泛、成本低廉、比表面積大、吸附容量大、吸附效率高、制備工藝簡單、環保易降解等優點，在含鎘廢水處理中具有廣闊的市場前景。
【專利說明】
一種用于處理含鎘廢水的吸附劑
技術領域
[0001] 本發明涉及吸附材料技術領域，具體是一種用于處理含鎘廢水的吸附劑。
【背景技術】
[0002] 近年來，隨著重金屬工業的發展、重金屬廢水未加處理的任意排放，導致了重金屬 離子在自然水體中的含量日益增加，由此所導致的水污染事件頻頻發生。重金屬是造成環 境污染問題的重要原因之一，當重金屬進入到環境中，是不能被生物降解為無害物質的，同 時水中的懸浮顆粒通過對重金屬離子的吸附和沉淀作用，使得水體重金屬長期污染就此產 生。更有甚者，存在于生物體內的重金屬經過累積、富集，還參與生物圈循環，危害人體健 康，是對生態環境危害極大的一類污染物。水體重金屬污染已經成為了全社會關注的一個 世界性的的環境問題。
[0003] 鎘不是人體的必需元素，對人體的毒性很大。鎘通過呼吸系統、消化系統進入人體 內，形成鎘硫蛋白，積累于肝臟和腎臟中，影響肝腎系統。腎功能不全繼而影響維生素 D的活 性，引起骨節變形、骨骼疏松等癥狀，進而導致骨軟化癥，身體疼痛。日本歷史上最著名的 "痛痛病"就是鎘中毒造成的。鎘對人體的傷害還包括慢性鎘中毒引起的貧血、影響生育功 能，急性鎘中毒引起的肺炎、呼吸困難等。此外，鎘對植物、動物都有毒害作用。鎘被植物吸 收后，會破壞植物的各種脫氫酶，從而抑制植物生長導致死亡。用被鎘污染的水灌溉農作 物，就會使鎘富集在農作物中，使小麥、稻米、大豆等作物鎘超標。例如，今年年初發生的湖 南 大米鎘超標事件。鎘對魚類有毒性影響的濃度為〇. 〇 1~〇. 〇2mg/L，致死濃度為0.2-1. lmg/L。正是由于鎘對人體健康的嚴重危害和環境污染及資源短缺等問題日趨嚴重，因此， 如何經濟有效地處理含鎘廢水便成為我國重要的研究方向之一。
[0004] 含鎘廢水的處理方法較多，硫化物沉淀法、鐵氧體法、浮選法、黃原酸酯適用于處 理少量含鎘廢水，大量的含鎘廢水的處理含鎘工業廢水的處理方法包括化學沉淀法、混凝 沉淀法、離子交換法、吸附法等。由于吸附法具有工藝流程簡單、處理效果好、可操作性強等 優點，因此在處理廢水鎘離子中得到廣泛的應用。其中活性炭作為一種有效的廢水處理吸 附劑可用于大多數重金屬、有機分子的除去且吸附能力強，只是活性炭資源有限，大批量治 理廢水造價高，壽命短，再生操作費用高，較難在經濟尚不發達的地區得到廣泛的應用。現 有的高分子吸附劑、利用廢棄物制備的吸附劑和復合吸附劑等也存在成本高、吸附效率低、 易產生二次污染等問題。因此，如何提高吸附劑的吸附效率和減少吸附劑使用過程中造成 的二次污染問題是當今的研究熱點。
【發明內容】
[0005] 本發明針對現有吸附劑存在的問題，提供一種比表面積大、吸附容量大、吸附效率 高、成本低、制備工藝簡單、安全環保的用于處理含鎘廢水的吸附劑。
[0006] 為了實現以上目的，本發明是通過以下技術方案實現： 一種用于處理含鎘廢水的吸附劑，是以質量比為100:10-15:30-50:5-10:3-5:8-12的 桑枝粉、丙烯酸馬來酸酐共聚物、鼠尾藻粉、硫脲、硫酸鈰和羧甲基纖維素鈉作為原料，通過 微波加熱法制成吸附劑，其制備方法包括如下步驟： (1) 將100份干桑枝粉碎，加入氫氧化鈉溶液浸泡桑枝粉6-8h，再用水洗滌桑枝粉至中 性，得桑枝纖維素;在桑枝纖維素中加入10-15份丙烯酸馬來酸酐共聚物，再加入150-180份 水，混合均勻，在溫度為60-80°C下干燥2-3h，得改性桑枝粉； (2) 取鼠尾藻粉30-50份和硫脲5-10份加入超聲波攪拌器，再加入適量水進行超聲反 應，將反應后的糊狀物置于80-100 °C的烘箱中加熱干燥I _2h，得改性鼠尾藻粉； (3) 將上述改性桑枝粉、改性鼠尾藻粉加入攪拌器，加入硫酸鈰溶液3-5份和羧甲基纖 維素鈉8-12份，再加入水調成糊狀，將糊狀物放入微波加熱設備，在溫度為100-120 °C下微 波干燥1-2h，冷卻至室溫，研磨，即得用于處理含鎘廢水的吸附劑。
[0007] 優選的，以上所述干桑枝粉的含水量為11%。
[0008] 優選的，以上步驟(1)是將干桑枝粉碎至40-60目。
[0009] 優選的，以上所述氫氧化鈉的濃度為3_5mol/L。
[0010] 優選的，以上所述鼠尾藻粉是將新鮮鼠尾藻洗凈，干燥至含水量為10%，再粉碎至 100目，即得鼠尾藻粉。
[0011] 優選的，以上步驟（2)所述的超聲反應是在超聲頻率為40-60kHz下超聲反應30-60min〇
[0012] 優選的，以上所述硫酸鈰的濃度為5mol/L。
[0013] 優選的，以上步驟(3)所述微波的功率為200-300W。
[0014] 優選的，以上步驟(3)所述研磨是將物料研磨至粒徑為0.5-1.0mm。
[0015] 與現有技術相比，本發明的優點和有益效果為： 1、本發明制備的吸附劑具有原料來源廣泛、成本低廉、比表面積大、吸附容量大、吸附 效率高、制備工藝簡單、環保易降解等優點，對鎘離子具有很好的吸附性能，在含鎘廢水處 理中具有廣闊的市場前景。
[0016] 2、本發明以農作物廢棄物桑枝作為主要原料，不僅原料來源廣泛，價格低廉，還能 實現廢棄物的資源化回收利用，擴寬桑枝的應用價值。
[0017] 3、本方法利用氫氧化鈉和丙烯酸馬來酸酐共聚物對桑枝進行改性，可以去除桑枝 的色素、木質素和半纖維素等物質，由于丙烯酸馬來酸酐共聚物分子鏈上具有大量的羧基 等活性基團，可活化吸附位點，提高吸附劑的吸附性能。
[0018] 4、本發明以分布廣泛、繁殖速度快、生長周期短的鼠尾藻作為原料，鼠尾藻的多空 結構可為重金屬提供有效地吸附位點，同時鼠尾藻富含蛋白質、多糖及粗纖維等多種大分 子物質，含有大量的羥基、羧基和氨基等官能團，可與重金屬離子發生較為完全的絡合反 應，從而達到更好的吸附效果。
[0019] 5、本方法采用超聲波處理鼠尾藻粉，能夠快速破碎植物的細胞壁，使更多的內部 功能團暴露出來與金屬離子結合，對廢水重金屬鎘離子的吸附效果顯著提高。
[0020] 6、本發明采用硫脲對鼠尾藻粉進行改性，可以使吸附劑賦予更大的比表面積和吸 附容量，提高吸附劑對鎘離子的吸附性能。
[0021] 7、本方法在吸附劑的制備過程中加入硫酸鈰，可提高吸附劑的吸附容量大和吸附 效率。
[0022] 8、本發明采用微波法加熱，具有加熱速度快、受熱體系溫度均勻、耗能低等優點。
[0023] 9、本發明制備的吸附劑具有良好的吸附性能，其中吸附劑的比表面積為250-300m2/g，對鎘離子的吸附率達到97%以上。
【具體實施方式】
[0024]下面將結合具體實施例對本發明進一步說明，但不限于本發明的保護范圍。
[0025] 實施例1 一種用于處理含鎘廢水的吸附劑，是以質量比為100:12:40:8:4:10的桑枝粉、丙烯酸 馬來酸酐共聚物、鼠尾藻粉、硫脲、硫酸鈰和羧甲基纖維素鈉作為原料，通過微波加熱法制 成吸附劑，其制備方法包括如下步驟： (1) 將IOOkg含水量為11%的干桑枝粉碎至40目，加入濃度為5mol/L的氫氧化鈉溶液浸 泡桑枝粉6h，再用水洗滌桑枝粉至中性，得桑枝纖維素;在桑枝纖維素中加入12kg丙烯酸馬 來酸酐共聚物，再加入150kg水，混合均勻，在溫度為60°C下干燥3h，得改性桑枝粉； (2) 取鼠尾藻粉40kg和硫脲8kg加入超聲波攪拌器，再加入IOOkg水在超聲頻率為50kHz 下超聲反應30min，將反應后的糊狀物置于80°C的烘箱中加熱干燥2h，得改性鼠尾藻粉； (3) 將上述改性桑枝粉、改性鼠尾藻粉加入攪拌器，加入硫酸鈰溶液4kg和IOkg羧甲基 纖維素鈉，再加入水調成糊狀，將糊狀物放入微波加熱設備，在功率為200W、溫度為100 °C下 微波干燥2h，冷卻至室溫，將物料研磨至粒徑為0.5mm，即得用于處理含鎘廢水的吸附劑。 [0026] 實施例2 一種用于處理含鎘廢水的吸附劑，是以質量比為100:10:30:5:5:10的桑枝粉、丙烯酸 馬來酸酐共聚物、鼠尾藻粉、硫脲、硫酸鈰和羧甲基纖維素鈉作為原料，通過微波加熱法制 成吸附劑，其制備方法包括如下步驟： (1) 將IOOkg含水量為11%的干桑枝粉碎至40目，加入濃度為3mol/L的氫氧化鈉溶液浸 泡桑枝粉8h，再用水洗滌桑枝粉至中性，得桑枝纖維素;在桑枝纖維素中加入IOkg丙烯酸馬 來酸酐共聚物，再加入160kg水，混合均勻，在溫度為80°C下干燥2h，得改性桑枝粉； (2) 取鼠尾藻粉30kg和硫脲5kg加入超聲波攪拌器，再加入80kg水在超聲頻率為40kHz 下超聲反應60min，將反應后的糊狀物置于100°C的烘箱中加熱干燥lh，得改性鼠尾藻粉； (3) 將上述改性桑枝粉、改性鼠尾藻粉加入攪拌器，加入硫酸鈰溶液3kg和IOkg羧甲基 纖維素鈉，再加入水調成糊狀，將糊狀物放入微波加熱設備，在功率為300W、溫度為120 °C下 微波干燥lh，冷卻至室溫，將物料研磨至粒徑為0.5mm，即得用于處理含鎘廢水的吸附劑。 [0027] 實施例3 一種用于處理含鎘廢水的吸附劑，是以質量比為100:15:50:10:5:12的桑枝粉、丙烯酸 馬來酸酐共聚物、鼠尾藻粉、硫脲、硫酸鈰和羧甲基纖維素鈉作為原料，通過微波加熱法制 成吸附劑，其制備方法包括如下步驟： (1) 將IOOkg含水量為11%的干桑枝粉碎至60目，加入濃度為5mol/L的氫氧化鈉溶液浸 泡桑枝粉8h，再用水洗滌桑枝粉至中性，得桑枝纖維素;在桑枝纖維素中加入15kg丙烯酸馬 來酸酐共聚物，再加入180kg水，混合均勻，在溫度為80°C下干燥2.5h，得改性桑枝粉； (2) 取鼠尾藻粉50kg和硫脲IOkg加入超聲波攪拌器，再加入120kg水在超聲頻率為 50kHz下超聲反應60min，將反應后的糊狀物置于90 °C的烘箱中加熱干燥2h，得改性鼠尾藻 粉； (3)將上述改性桑枝粉、改性鼠尾藻粉加入攪拌器，加入硫酸鈰溶液5kg和12kg羧甲基 纖維素鈉，再加入水調成糊狀，將糊狀物放入微波加熱設備，在功率為250W、溫度為120 °C下 微波干燥1.5h，冷卻至室溫，將物料研磨至粒徑為1.0mm，即得用于處理含鎘廢水的吸附劑。
[0028] 實施例4 一種用于處理含鎘廢水的吸附劑，是以質量比為100:12:40:10:4:8的桑枝粉、丙烯酸 馬來酸酐共聚物、鼠尾藻粉、硫脲、硫酸鈰和羧甲基纖維素鈉作為原料，通過微波加熱法制 成吸附劑，其制備方法包括如下步驟： (1) 將IOOkg含水量為11%的干桑枝粉碎至60目，加入濃度為3mol/L的氫氧化鈉溶液浸 泡桑枝粉8h，再用水洗滌桑枝粉至中性，得桑枝纖維素;在桑枝纖維素中加入12kg丙烯酸馬 來酸酐共聚物，再加入170kg水，混合均勻，在溫度為80°C下干燥2.5h，得改性桑枝粉； (2) 取鼠尾藻粉40kg和硫脲IOkg加入超聲波攪拌器，再加入120kg水在超聲頻率為 60kHz下超聲反應45min，將反應后的糊狀物置于100 °C的烘箱中加熱干燥1.5h，得改性鼠尾 藻粉； (3) 將上述改性桑枝粉、改性鼠尾藻粉加入攪拌器，加入硫酸鈰溶液4kg和8kg羧甲基纖 維素鈉，再加入水調成糊狀，將糊狀物放入微波加熱設備，在功率為250W、溫度為120 °C下微 波干燥lh，冷卻至室溫，將物料研磨至粒徑為1.0mm，即得用于處理含鎘廢水的吸附劑。
[0029] 吸附劑的使用方法為:在室溫條件下，將Ig的吸附劑投入IL含有鎘離子的廢水中， 控制pH為8,在轉速為300r/min下攪拌60min，分離出吸附劑，即可完成對含錦廢水的處理。
[0030] 以下對實施例1-4制得的吸附劑進行吸附性能的測定。其中采用比表面積測定吸 附劑的比表面積。采用原子吸收分光光度法測定鎘離子的濃度，再根據以下公式計算出吸 附率，測定結果如下表所示。
[0031] r)=(C〇-Ci) X 100% /Co 其中C ο、C i為廢水中鎘離子吸附前后的含量(m g / L )，η為吸附率。
[0032] 從測定結果可以看出，本發明制備的吸附劑具有較大的比表面積，對鎘離子的吸 附率達到97%以上，在鎘離子廢水處理中具有廣闊的應用前景。
[0033] 以上內容不能認定本發明具體實施只局限于這些說明，對于本發明所屬技術領域 的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應 當視為屬于本發明由所提交的權利要求書確定的專利保護范圍。
【主權項】
1. 一種用于處理含鎘廢水的吸附劑，其特征在于：是以質量比為100:10-15:30-50:5-10:3-5:8-12的桑枝粉、丙烯酸馬來酸酐共聚物、鼠尾藻粉、硫脲、硫酸鈰和羧甲基纖維素鈉 作為原料，通過微波加熱法制成吸附劑，其制備方法包括如下步驟： (1) 將100份干桑枝粉碎，加入氫氧化鈉溶液浸泡桑枝粉6-8h,再用水洗滌桑枝粉至中 性，得桑枝纖維素;在桑枝纖維素中加入10-15份丙烯酸馬來酸酐共聚物，再加入150-180份 水，混合均勻，在溫度為60-80°C下干燥2-3h，得改性桑枝粉； (2) 取鼠尾藻粉30-50份和硫脲5-10份加入超聲波攪拌器，再加入適量水進行超聲反 應，將反應后的糊狀物置于80-100 °C的烘箱中加熱干燥1 _2h，得改性鼠尾藻粉； (3) 將上述改性桑枝粉、改性鼠尾藻粉加入攪拌器，加入硫酸鈰溶液3-5份和羧甲基纖 維素鈉8-12份，再加入水調成糊狀，將糊狀物放入微波加熱設備，在溫度為100-120 °C下微 波干燥1-2h，冷卻至室溫，研磨，即得用于處理含鎘廢水的吸附劑。2. 根據權利要求1所述用于處理含鎘廢水的吸附劑，其特征在于:所述干桑枝粉的含水 量為11%。3. 根據權利要求1所述用于處理含鎘廢水的吸附劑，其特征在于：步驟（1)是將干桑枝 粉碎至40-60目。4. 根據權利要求1所述用于處理含鎘廢水的吸附劑，其特征在于:所述氫氧化鈉的濃度 為3_5mol/L。5. 根據權利要求1所述用于處理含鎘廢水的吸附劑，其特征在于:所述鼠尾藻粉是將新 鮮鼠尾藻洗凈，干燥至含水量為10%，再粉碎至100目，即得鼠尾藻粉。6. 根據權利要求1所述用于處理含鎘廢水的吸附劑，其特征在于：步驟(2)所述的超聲 反應是在超聲頻率為40_60kHz下超聲反應30-60min。7. 根據權利要求1所述用于處理含鎘廢水的吸附劑，其特征在于:所述硫酸鈰的濃度為 5mol/L〇8. 根據權利要求1所述用于處理含鎘廢水的吸附劑，其特征在于：步驟(3)所述微波的 功率為200-300W。9. 根據權利要求1所述用于處理含鎘廢水的吸附劑，其特征在于：步驟(3)所述研磨是 將物料研磨至粒徑為0.5-1.0mm。
【文檔編號】B01J20/30GK106040207SQ201610618494
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年8月1日
【發明人】凌雪木
【申請人】廣西南寧桂爾創環保科技有限公司