申请日2019.01.09
公开(公告)日2019.03.22
IPC分类号B01J20/20; B01J20/30; C02F1/28; C02F101/30
摘要
一种基于美人蕉生物炭的废水处理材料，包括由美人蕉制作而成的生物炭、铁酸铋和载体，所述的生物炭和铁酸铋负载在载体上;所述生物炭和铁酸铋的重量比为1:30‑15:2。本发明的复合材料小球，所用的美人蕉生长量大，美人蕉叶片易得，可实现资源重复利用。铁酸铋容易制备。本发明的复合材料小球在进行处理后回收分离方法简单，能够重复利用。本发明的复合材料小球制作方法简单，不需要大型机械设备以及人力物力，可大批量生产。
权利要求书
1.一种基于美人蕉生物炭的废水处理材料，其特征在于：包括由美人蕉制作而成的生物炭、铁酸铋和载体，所述的生物炭和铁酸铋负载在载体上;所述生物炭和铁酸铋的重量比为1:30-15:2。
2.根据权利要求1所述的基于美人蕉生物炭的废水处理材料，其特征在于：所述载体为海藻酸钙凝胶。
3.一种基于美人蕉生物炭的废水处理材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)美人蕉生物炭的制备，①将美人蕉叶片洗净，自然晾干至叶片变脆、打成粉末;②将步骤①的粉末转移到炭化装置中，在炭化装置中处于缺氧或者无氧条件下进行炭化;炭化温度为200-1000℃，保持1-5小时，升温速率为5-10℃/min;炭化装置冷却到室温即得到美人蕉生物炭;
2)称取1-10份海藻酸钠溶解在100-1000份超纯水中进行水浴加热，水浴温度为50-100℃;
3)加入1-15份60-200目的铁酸铋粉末和2-30份步骤1)制备的美人蕉生物炭，恒温磁力搅拌20-60min直到混合均匀;
4)将步骤3)的混合溶液滴加到质量浓度为1～10%的CaCl2溶液中，反应12小时以上，得到大小均匀的复合材料小球。
4.根据权利要求3所述的基于美人蕉生物炭的废水处理材料的制备方法，其特征在于：所述铁酸铋的制备方法包括以下步骤：
1)称取25-40份硝酸铁和30-50份硝酸钠溶解在95-300份乙二醇甲醚中，加入0.1-0.5份0.1mol/L的硝酸，混合均匀;2)将10-20份柠檬酸溶解在50-170份的乙二醇中，并且将其加入到步骤1)的混合溶液中;混合均匀;
3)将步骤2)的混合溶液在50～100℃下搅拌1h，均匀后将溶胶在调制烘箱温度100-200℃下加热5～15h;
4)冷却后继续加热直至形成铁酸铋凝胶;
5)将步骤4)的铁酸铋凝胶放入马弗炉使其在100-300℃下加热30-60min，再将温度调至400-600℃煅烧1-3h;
6)将步骤5)煅烧后的产品研磨成粉末状，过筛得到60-200目的铁酸铋粉末。
5.一种如权利要求1或2所述的基于美人蕉生物炭的废水处理材料的应用，其特征在于：将将权利要求1或权利要求2的废水处理材料含有亚甲基蓝的废水中，每毫升废水中的添加量以废水处理材料湿重计为1-5g;用盐酸调节pH值为2-10，温度为15-45℃，震荡4-10小时。
说明书
一种基于美人蕉生物炭的废水处理材料、制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种废水处理材料，尤其涉及一种处理含有亚甲基蓝的废水的基于美人蕉生物炭的废水处理材料、制备方法和应用。
背景技术
亚甲基蓝外观为深绿色青铜光泽结晶(三水合物)，可溶于水、乙醇，不溶于醚类。亚甲基蓝在水中呈碱性并且有一定的毒性，广泛应用于化学指示剂、染料、生物染色剂和药物等领域。存在于废水中的亚甲基蓝易造成废水色度偏高，且有研究表明，废水中的染料对环境安全和人体健康影响较大，含量过高的染料废水会引起人体过敏、皮肤发炎、癌症和变异等不良反应。因此，消除印染废水中的有毒物(如亚甲基蓝等)的研究一直受到重视。
目前，以亚甲基蓝为研究目标的处理方法大致包括物理化学方法、化学法和生物法等三大类。物化法包括膜分离技术、高级氧化法、吸附法等。其中膜分离技术膜堵塞问题严重，费用高昂Fendon及类Fendon氧化法工艺条件苛刻，运转费用高，产生剩余污泥较多。相对于这类处理方法，吸附法可利用多孔状固体的粉末或颗粒的物理吸附和化学吸附性能，使废水中的污染物吸附于多孔物质表面而被去除，具有费用低、易于设计、设备简单、操作方便、净化率高、能耗低等优点，被公认为是染料废水处理的重要技术。因此，我们需要利用一种合适的材料来进行亚甲基蓝吸附。利用活性炭可以有效去除废水中的活性、碱性、偶氮染料，但由于活性炭价格较贵且脱附再生困难，使得染料废水的吸附处理成本增加。目前已发现钢渣，粉煤灰，生物污泥等工业废物能吸附印染废水中的染料，但这些物质中含有重金属污染物，容易发生二次污染。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种材料易得、易于回收、环境友好的基于美人蕉生物炭的废水处理材料。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种基于美人蕉生物炭的废水处理材料，包括由美人蕉制作而成的生物炭、铁酸铋和载体，所述的生物炭和铁酸铋负载在载体上;所述生物炭和铁酸铋的重量比为1:30-15:2。在本发明中，生物炭具有和活性炭相似的孔隙结构和表面化学性质，同样具有吸附还原性能以及降低生物有效性作用。一般为颗粒状或粉末状。因具有丰富的微孔结构和较大的比表面积，生物炭不仅吸附能力强而且吸附容量大。生物炭在溶液为中性或碱性条件下，对水中碱性染料和活性染料有较好的脱色效果。
但是如今许多生物炭都具有颗粒小而难以分离的特点，所以在制备该材料中我们加入了铁酸铋。铁酸铋属于多铁性材料的一种，具有铁电性和反铁磁性，且其本身也有一定的吸附效果。在制作该材料中加入铁酸铋有利于材料的分离和增加材料的吸附性能。
将具有磁性的铁酸铋通过载体负载在生物炭上，使得复合材料具有磁性，吸附过程完成后，只要在反应体系附近添加磁场，复合材料就能在磁力作用下迅速从溶液中分离。
上述的基于美人蕉生物炭的废水处理材料，优选的，所述载体为海藻酸钙凝胶。海藻酸钠形成凝胶的条件温和，且其与钙离子形成的凝胶具有热不可逆性，有良好的生物相容性和生物可降解性等优点。海藻酸微溶于水，不溶于大部分有机溶剂，遇水变湿，微粒的水合作用使其表面具有粘性。此外，海藻酸钙凝胶制备简单。
一种基于美人蕉生物炭的废水处理材料的制备方法，包括以下步骤：
1)美人蕉生物炭的制备，①将美人蕉叶片洗净，自然晾干至叶片变脆、打成粉末;②将步骤①的粉末转移到炭化装置中，在炭化装置中处于缺氧或者无氧条件下进行炭化;炭化温度为200-1000℃，保持1-5小时，升温速率为5-10℃/min;炭化装置冷却到室温即得到美人蕉生物炭;
2)称取1-10份海藻酸钠溶解在100-1000份超纯水中进行水浴加热，水浴温度为50-100℃;3)加入1-15份60-200目的铁酸铋粉末和2-30份步骤1)制备的美人蕉生物炭，恒温磁力搅拌20-60min直到混合均匀;
4)将步骤3)的混合溶液滴加到质量浓度为1-10%的CaCl2溶液中，反应12小时以上，得到大小均匀的复合材料小球。
在本发明中将铁酸铋和美人蕉生物炭负载在海藻酸盐凝胶中，制备的负载小球易于固液分离和再利用。
上述的基于美人蕉生物炭的废水处理材料的制备方法，优选的，所述铁酸铋的制备方法包括以下步骤：
1)称取25-40份硝酸铁和30-50份硝酸钠溶解在95-300份乙二醇甲醚中，加入0.1-0.5份0.1mol/L的硝酸，混合均匀;
2)将10-20份柠檬酸溶解在50-170份的乙二醇中，并且将其加入到步骤1)的混合溶液中;混合均匀;
3)将步骤2)的混合溶液在50-100℃下搅拌1h，均匀后将溶胶在调制烘箱温度100-200℃下加热5～15h;
4)冷却后继续加热直至形成铁酸铋凝胶;
5)将步骤4)的铁酸铋凝胶放入马弗炉使其在100-300℃下加热30-60min，再将温度调至400-600℃煅烧1-3h;
6)将步骤5)煅烧后的产品研磨成粉末状，过筛得到60-200目的铁酸铋粉末。
上述的基于美人蕉生物炭的废水处理材料的制备方法，优选的，将将权利要求1或权利要求2的废水处理材料含有亚甲基蓝的废水中，每毫升废水中的添加量以废水处理材料湿重计为1-5g;用盐酸调节pH值为2-10，温度为15-45℃，震荡4-10小时。
与现有技术相比，本发明的优点在于：1、本发明的复合材料小球，所用的美人蕉生长量大，美人蕉叶片易得，可实现资源重复利用。铁酸铋容易制备。2、本发明的复合材料小球在进行处理后回收分离方法简单，能够重复利用。3、本发明的复合材料小球制作方法简单，不需要大型机械设备以及人力物力，可大批量生产。