申请日2018.01.09
公开(公告)日2018.06.15
IPC分类号B01J20/20; B01J20/30; C02F1/28; C02F101/20
摘要
本发明提供了一种鳖甲粉炭颗粒及其制备方法和在去除污水中镉的应用，属于污水处理技术领域。所述鳖甲粉炭颗粒的制备方法，包括以下步骤：在厌氧环境，将鳖甲细粉在100～500℃进行炭化1～6h，冷却，得到鳖甲炭化粉;将所述鳖甲炭化粉和盐酸溶液混合，将混合物进行水洗至中性，烘干，研磨，过筛，得到鳖甲粉炭颗粒。所述鳖甲粉炭颗粒吸附活性高，具有吸附高浓度污水中镉离子的优点。本发明还提供了鳖甲粉炭颗粒在去除污水中镉的应用。
权利要求书
1.一种鳖甲粉炭颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在厌氧环境中，将将鳖甲细粉在100～500℃的温度条件下进行炭化1～6h，冷却，得到鳖甲炭化粉;
2)将所述步骤1)得到的鳖甲炭化粉和盐酸溶液混合，将得到的混合料液水洗至中性后依次进行烘干、研磨和过筛，得到鳖甲粉炭颗粒。
2.根据权利要求1所述的制备方法，所述步骤1)中升温至炭化温度的速度为5～15℃/min。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中鳖甲炭化粉的质量和盐酸溶液的体积比为1g：30～45ml;所述盐酸溶液的浓度为0.1～1mol/L。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中烘干的温度为60～75℃，烘干至鳖甲炭化粉含水率低于5%时结束;
所述过筛的孔径为100～120目。
5.根据权利要求1～4任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述鳖甲细粉是以鳖甲粉为原料，依次经过干燥、粉碎和过筛得到;干燥的温度60～80℃;干燥的时间为5～10h;过筛的孔径为15～20目。
6.权利要求1～5任意一项所述方法制备的鳖甲粉炭颗粒，其特征在于，所述鳖甲粉炭颗粒的平均BET比表面积为106.4m2/g，平均总孔容为0.26cm3/g，平均孔径为9.63nm。
7.权利要求6所述的鳖甲粉炭颗粒在去除污水中镉的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述鳖甲粉炭颗粒的投加质量为每升废水中添加1～2g。
9.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述去除的过程中污水的pH值为6～9。
10.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述去除的过程中污水的温度为25℃或45℃。
说明书
一种鳖甲粉炭颗粒及其制备方法和在去除污水中镉的应用
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种鳖甲粉炭颗粒及其制备方法和在去除污水中镉的应用。
背景技术
镉是生物体的非必须元素，在自然界中的含量很低。但近半个世纪以来，随着镉在工业上的应用日益增加，以及对镉伴生矿的大量开采利用，含镉污染物在环境中的排放量不断增大，镉污染问题也越来越严重。国际卫生组织发表的公报将镉列为1A级的环境危险物质。镉具有致癌、致畸、致突变的作用，被人体吸收后，在体内形成镉硫蛋白，选择性的积蓄于肝、肾之中，从而影响肝、肾器官中酶系统的正常功能，使骨骼的生长代谢受阻碍，进而造成骨骼疏松、萎缩、变形等，高浓度时甚至会导致死亡。大量研究表明，镉对人体造成危害最主要是通过作物吸收和食物链的传播途径，20世纪50年代在日本神通川流域发生的“痛痛病”即是由于稻米镉污染引起的环境公害病。国际卫生组织确定的国际引用水标准中镉浓度不得超过0.01mg/L。
近年来，随着科技的不断进步，各种各样的重金属废水处理方法层出不穷，主要有沉淀、离子交换、吸附、电化学处理、光合细菌处理、活性污泥处理等等，但是其中大部分方法由于成本较高而在实际应用中受到限制。
生物吸附法将是废水深度处理常用的方法。生物炭吸附法效果好，工艺上容易实现，原材料广，绿色环保。可用于制备生物炭的原材料包括菌类，藻类，工业废弃物，农业废弃物(如棉花秸秆，玉米秸秆，玉米芯)，动物粪便，动物骨骼等。大部分生物炭采用的都是植物材料如玉米秸秆、棉花秸秆、玉米芯或者动物粪便如猪牛粪等，这类材料烧制的生物炭颗粒较粗，产率较低，吸附平衡时间较长，对重金属的吸附也不能达到特别理想的效果。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种鳖甲粉炭颗粒及其制备方法和在去除污水中镉的应用，所述鳖甲粉炭颗粒吸附活性高，具有吸附高浓度污水中镉的优点。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种鳖甲粉炭颗粒的制备方法，包括以下步骤：
1)在厌氧环境中，将将鳖甲细粉在100～500℃的温度条件下进行炭化1～6h，冷却，得到鳖甲炭化粉;
2)将所述步骤1)得到的鳖甲炭化粉和盐酸溶液混合，将得到的混合料液水洗至中性后依次进行烘干、研磨和过筛，得到鳖甲粉炭颗粒。
优选的，所述步骤1)中升温至炭化温度的速度为5～15℃/min。
优选的，所述步骤2)中炭化的鳖甲炭化粉的质量和盐酸溶液的体积比为1g：30～45ml;所述盐酸溶液的浓度为0.1～1mol/L。
优选的，所述步骤2)中烘干的温度为60～75℃，烘干至鳖甲炭化粉含水率低于5%时结束;所述过筛的孔径为100～120目。
优选的，所述鳖甲细粉是以鳖甲粉为原料，依次经过干燥、粉碎和过筛得到;干燥的温度60～80℃;干燥的时间为5～10h;过筛的孔径为15～20目。
本发明提供了所述方法制备的鳖甲粉炭颗粒，所述鳖甲粉炭颗粒的平均BET比表面积为106.4m2/g，平均总孔容为0.26cm3/g，平均孔径为9.63nm。
本发明提供了所述的鳖甲粉炭颗粒在去除污水中镉的应用。
优选的，所述鳖甲粉炭颗粒的投加质量为每升废水中添加1～2g。
优选的，所述去除的过程中污水的pH为6～9。
优选的，所述去除的过程中污水的温度为25℃或45℃。
本发明提供了一种鳖甲粉炭颗粒的制备方法，包括以下步骤：在厌氧环境中，鳖甲细粉在100～500℃进行炭化1～6h，冷却，得到鳖甲炭化粉;将所述鳖甲炭化粉和盐酸溶液混合，将混合料液进行水洗至中性，烘干，研磨，过筛，得到鳖甲粉炭颗粒。本发明通过严格控制炭化温度和炭化时间，使鳖甲炭颗粒具有大孔径的特点。制备得到的鳖甲粉炭颗粒的平均BET比表面积是106.4m2/g，平均总孔容为0.26cm3/g，平均孔径为9.63nm。
本发明将鳖甲粉炭颗粒用元素分析仪测得：鳖甲粉炭颗粒中C、H、O、N、S元素的含量分别为6.11%、0.58%、8.95%、0.71%、0.92%，其余则为大量的矿物盐成分，其中H/C和O/C分别为1.14和1.09，这表明鳖甲粉炭颗粒高度的芳香化。通过傅里叶红外光谱仪(FTIR)来表征鳖甲粉炭颗粒的表面官能团种类，结果显示，鳖甲粉炭颗粒表面含有丰富的官能团，-OH(3600～3200cm-1)，羧基和酮类中的C=O键(1600～1620cm-1)，酰胺键(1416cm-1)，酯键(1031cm-1)，芳香类化合物吡啶和吲哚等基团(500～900cm-1)，FTIR的结果和元素分析的结果也一致。本发明提供的方法制备得到的鳖甲粉炭颗粒表面富含羧基、羟基、羰基或酰胺键等各种官能团，同时孔隙结构发达，并且颗粒高度芳香化，极大程度上提高了对重金属的吸附性能。
同时，本发明提供的制备方法，鳖甲粉成本低廉，制备方法产率高、易操作、易推广;将废弃材料鳖甲粉制备成生物炭后，不仅可以减轻其对生态环境的破坏，而且还可以吸附去除水体中是污染物，实现了鳖甲粉的资源化利用;鳖甲粉生物炭对镉的吸附去除效果显著，远远高于其他吸附剂;而且方便回收，不会产生二次污染。
本发明提供了所述方法制备的鳖甲粉炭颗粒或所述的鳖甲粉炭颗粒在去除污水中镉的应用。基于鳖甲粉炭颗粒孔隙发达，芳香化程度高和表面富含有多种官能团，对污水中镉具有较高的吸附性能。鳖甲粉炭颗粒对Cd2+浓度为1～50mg/L的污染废水处理中Cd2+去除率达到94.94%以上。而且所述鳖甲粉炭颗粒能够快速吸附污水中的镉离子，实施例的结果显示，本发明提供的鳖甲粉炭颗粒能够在20min之内达到吸附平衡。
进一步的，本发明提供的应用，通过进一步限定鳖甲粉炭颗粒的投加量、污水处理过程中的温度提高了Cd2+污染废水处理中镉离子的去除率达到99.5%。