申请日2018.12.27
公开(公告)日2019.03.19
IPC分类号C02F11/00; C02F11/13; C02F1/28; C02F1/58; B01J20/22; B01J23/72
摘要
本发明公开了一种利用红树植物秋茄胚轴提取液制备活性污泥氧化亚铜复合材料的方法，它以活性污泥为载体，将城市生活污水处理厂的活性污泥烘干后破碎，过筛后用硝酸浸泡，抽滤，烘干后备用，采用秋茄胚轴提取液所含有的多糖、氨基酸、维生素C等生物活性还原剂将铜离子还原为纳米氧化亚铜。活性污泥氧化亚铜复合材料将活性污泥吸附性能和氧化亚铜高的催化活性有机地结合起来，提高了复合材料应用于印染废水处理的吸附和还原性能。本发明无需使用硼氢化钠等化学还原剂，对环境的危害小，生产成本低廉，制备的活性污泥氧化亚铜复合材料克服了目前氧化亚铜回收难，容易形成二次污染等缺点，具有较高的环境效益和经济价值。
权利要求书
1.一种秋茄胚轴提取液合成活性污泥氧化亚铜复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，
(1)活性污泥的预处理：将城市生活污水处理厂的活性污泥烘干后破碎，过筛后用硝酸浸泡，抽滤，清洗干净，烘干后备用;
(2)载铜活性污泥的制备：将适量的氯化铜和氢氧化钠溶于去离子水中，并加入一定量预处理后活性污泥，磁力搅拌一定时间后，抽滤，清洗、烘干得到载铜活性污泥;
(3)秋茄胚轴提取液的制备：将采集的秋茄胚轴洗净烘干后破碎，过筛得到秋茄胚轴粉末，称取一定量的秋茄胚轴粉末加入一定浓度的乙醇水溶液中，超声处理一定时间后，抽滤得到秋茄胚轴提取液;
(4)活性污泥氧化亚铜的制备和干燥：称取一定量的载铜活性污泥于烧杯中，加入一定量的秋茄胚轴提取液，在60-80℃的水浴中反应一定时间后，快速抽滤、烘干，得到活性污泥氧化亚铜复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种秋茄胚轴提取液合成活性污泥氧化亚铜复合材料的制备方法，其特征在于，所述硝酸的浓度为30%，浸泡时间为5-20min。
3.根据权利要求1所述的一种秋茄胚轴提取液合成活性污泥氧化亚铜复合材料的制备方法，其特征在于，所述秋茄胚轴选择时应外形均匀整齐、无虫蛀、无发热霉变。
4.根据权利要求1所述的一种秋茄胚轴提取液合成活性污泥氧化亚铜复合材料的制备方法，其特征在于，所述秋茄胚轴置于14℃的温水中，秋茄胚轴与水的比例为1：1.5。
5.根据权利要求4所述的一种秋茄胚轴提取液合成活性污泥氧化亚铜复合材料的制备方法，其特征在于，所述秋茄胚轴在水中的浸泡时间为8-10h，然后将秋茄胚轴用10倍的无异味的清水磨碎。
6.根据权利要求1所述的一种秋茄胚轴提取液合成活性污泥氧化亚铜复合材料的制备方法，其特征在于，所述秋茄胚轴破碎后使用80-100目筛过筛。
7.根据权利要求1所述的一种秋茄胚轴提取液合成活性污泥氧化亚铜复合材料的制备方法，其特征在于，所述秋茄胚轴加入一定浓度的乙醇水溶液前置于100℃的温度中蒸煮45min，接着以105℃的温度干燥10min。
8.根据权利要求1所述的一种秋茄胚轴提取液合成活性污泥氧化亚铜复合材料的制备方法，其特征在于，所述磁力搅拌的时间为10-30min。
9.根据权利要求1所述的一种秋茄胚轴提取液合成活性污泥氧化亚铜复合材料的制备方法，其特征在于，所述活性污泥和去离子水的体积比为1:2。
10.根据权利要求1所述的一种秋茄胚轴提取液合成活性污泥氧化亚铜复合材料的制备方法，其特征在于，所述超声处理的时间为10-30min。
说明书
一种秋茄胚轴提取液合成活性污泥氧化亚铜复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及污泥处理技术领域，具体为一种秋茄胚轴提取液合成活性污泥氧化亚铜复合材料的制备方法。
背景技术
来源于是城市生活污水处理厂的活性污泥是污水净化处理过程中产生的固态、半固态及液态的废弃物。活性污泥含有约95%的有机组分，这些组分富含具有吸附性能的羧基、氨基、羟基、巯基和磷酰基，可用来制造吸附剂处理污水进行资源化利用。专利(申请号：CN201610341724.1)“一种醋酸活化污泥基吸附剂的制备方法”、专利(申请号：CN201610172120.9)“聚苯胺改性污泥吸附剂的制备及去除水中六价铬的方法”和专利(申请号：CN201611195821.0)“一种锆改性污泥吸附剂的制备及去除水中磷酸根的方法”等专利公开了多种活化活性污泥吸附剂的制备方法。这些方法在活性污泥中加入醋酸、聚苯胺、锆等活化剂，活化、增强其吸附性能，浸渍、烘干、炭化得到吸附剂材料。然而，这些活化制备方法工艺流程复杂、成本高、制备时间长;制得的活性污泥吸附剂仅吸附污染物，不能将其降解或还原，不可避免地会二次污染问题，需要开发活性污泥复合材料来提高其处理能力。氧化亚铜(Cu2O)是金属缺位P型半导体，其禁带宽度较窄，仅为2.0eV。当氧化亚铜被可见光照射时，激发电子由价带跃迁至导带，形成光生电子-空穴，空穴与H2O、OH-离子等反应生成·OH、O2-、H2O2等强有力的氧化剂，在光催化反应中具有较高的活性，广泛应用于污水治理。然而氧化亚铜为粉末状，在污水处理过程中存在团聚、失活、回收困难等问题需要将其负载到载体上以增强实用性。
常见的合成氧化亚铜的方法是液相还原法，利用葡萄糖、抗坏血酸等还原剂，在碱性条件和聚乙二醇等稳定剂和分散剂的作用下将水溶液中的铜离子还原成氧化亚铜。该方法具有反应迅速、操作简单、制备快捷等特点。但其制备过程中的抗坏血酸、有机溶剂、分散剂和稳定剂都容易造成二次污染，而且制备成本较高。近几年兴起的绿色合成法利用植物果实、茎叶、根萃取液中的一些活性成分，如多糖、蛋白质、多糖、有机酸等生物活性还原剂将金属盐还原，同时这些活性成分可作为合成过程的分散剂和掩蔽剂，可有效避免二次污染、降低能量消耗，具有经济性和环境友好性。秋茄是福建主要的红树资源，其胚轴资源充足，可利用性高。胚轴中含有丰富的多糖、氨基酸、维生素C等生物活性化合物，这些成分可作为制备氧化亚铜的还原剂、分散剂和稳定剂。因此，本专利以活性污泥为载体，采用秋茄胚轴提取液中的生物活性还原剂绿色合成兼具活性污泥吸附性能和氧化亚铜高的催化降解活性活性污泥氧化亚铜复合材料。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种秋茄胚轴提取液合成活性污泥氧化亚铜复合材料的制备方法，解决了现有的液相还原法容易造成二次污染，而且制备成本较高的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种秋茄胚轴提取液合成活性污泥氧化亚铜复合材料的制备方法，包括以下步骤，
(1)活性污泥的预处理：将城市生活污水处理厂的活性污泥烘干后破碎，过筛后用硝酸浸泡，抽滤，清洗干净，烘干后备用;
在步骤1)中，所述活性污泥取自城市生活污水处理厂活性污泥，烘干的温度为105～110℃，烘干的时间可为20～24h。所述破碎可采用球磨机破碎，通过不同筛网得到不同粒度的污泥，污泥粒度可为60～100目。所述硝酸为0.1～0.2mol/L的硝酸溶液，按活性污泥每克加2～3mL硝酸溶液浸泡20～24h。所述抽滤可采用循环水式真空泵抽滤设备，清洗可用去离子水迅速洗涤至中性，烘干的温度为105～110℃，烘干的时间可为18～20h。
(2)载铜活性污泥的制备：将适量的氯化铜和氢氧化钠溶于去离子水中，并加入一定量预处理后活性污泥，磁力搅拌一定时间后，抽滤，清洗、烘干得到载铜活性污泥;
在步骤2)中，所述的氯化铜是市售的分析纯的二水合氯化铜，配制的浓度为0.2～0.4mol/L，氢氧化钠配制的浓度为0.8～1.0mol/L，按每克步骤1)得到活性污泥投加15～30mL氯化铜和氢氧化钠混合溶液。所述的磁力搅拌可采用磁力搅拌器，转速为80-100转/min，搅拌时间为6～8h。所述抽滤可采用循环水式真空泵抽滤设备，清洗可用去离子水迅速洗涤至滤液检测不出铜离子，烘干的温度为105～110℃，烘干的时间可为18～20h。
(3)秋茄胚轴提取液的制备：将采集的秋茄胚轴洗净烘干后破碎，过筛得到秋茄胚轴粉末，称取一定量的秋茄胚轴粉末加入一定浓度的乙醇水溶液中，超声处理一定时间后，抽滤得到秋茄胚轴提取液;
在步骤3)中，所述秋茄胚轴取自福建省龙海市紫泥镇九龙江口省级红树林保护区生长5年以上的秋茄树，烘干的温度为145～150℃，烘干的时间可为20～24h。所述破碎可采用球磨机破碎，通过不同筛网得到不同粒度的秋茄叶粉末，粉末粒度可为60～100目。所述乙醇水溶液为体积比为20-25%乙醇水溶液。按秋茄胚轴粉末每克加10～15mL乙醇水溶液。所述超声可采用小型超声波清洗机，超声波频率为40kHZ，超声时间为4～6h。所述抽滤可采用循环水式真空泵抽滤设备。
(4)活性污泥氧化亚铜的制备和干燥：称取一定量的载铜活性污泥于烧杯中，加入一定量的秋茄胚轴提取液，在60-80℃的水浴中反应一定时间后，快速抽滤、烘干，得到活性污泥氧化亚铜复合材料。
在步骤4)中，每克载铜活性污泥加10～20mL秋茄胚轴提取液。所述水浴可采用恒温磁力搅拌器，控制水浴温度为60-80℃，转速为80-100转/min，反应时间为3～4h。所述抽滤可采用循环水式真空泵抽滤设备，抽滤时间为10～15min。所述真空干燥箱干燥的温度为105～110℃，干燥的时间为18～20h。
优选的，所述硝酸的浓度为30%，浸泡时间为5-20min。
优选的，所述秋茄胚轴选择时应外形均匀整齐、无虫蛀、无发热霉变。
优选的，所述秋茄胚轴置于14℃的温水中，秋茄胚轴与水的比例为1：1.5。
优选的，所述秋茄胚轴在水中的浸泡时间为8-10h，然后将秋茄胚轴用10倍的无异味的清水磨碎。
优选的，所述秋茄胚轴破碎后使用80-100目筛过筛。
优选的，所述秋茄胚轴加入一定浓度的乙醇水溶液前置于100℃的温度中蒸煮45min，接着以105℃的温度干燥10min。
优选的，所述磁力搅拌的时间为10-30min。
优选的，所述活性污泥和去离子水的体积比为1:2。
优选的，所述超声处理的时间为10-30min。
(三)有益效果
本发明提供了一种秋茄胚轴提取液合成活性污泥氧化亚铜复合材料的制备方法。具备以下有益效果：
该秋茄胚轴提取液合成活性污泥氧化亚铜复合材料的制备方法，通过采用秋茄胚轴提取液富含的多糖、氨基酸、维生素C等生物活性还原剂制备活性污泥氧化亚铁复合材料。制备步骤包括活性污泥的预处理、载铜活性污泥的制备、秋茄胚轴提取液的制备和活性污泥的制备和干燥。该复合材料将活性污泥吸附性能和氧化亚铜强催化降解性能有机地结合起来，提高了复合材料应用于印染废水处理的吸附和催化降解能力。本发明克服了目前氧化亚铜应用于印染废水中回收难，容易形成二次污染等缺点。此外，本发明无需使用硼氢化钠等还原剂，利用秋茄胚轴提取液中的生物活性物质绿色合成活性污泥氧化亚铜复合材料，对环境的危害小，原材料价格低，生产工艺流程短，具有较高的环境效益和经济价值。