申请日2013.10.19
公开(公告)日2015.11.04
IPC分类号B01J20/20; C02F101/38; C02F1/28; B01J20/30
摘要
本发明涉及一种处理丙烯腈废水的吸附剂及其制备方法与应用。该吸附剂是将芦竹根活性炭颗粒在硫酸亚铁溶液中浸泡，再将浸泡后的活性炭颗粒与乙醇水溶液、聚乙二醇-4000和NaBH4水溶液常温下混合反应，得到的负载有纳米铁的活性炭颗粒。本发明以芦竹根为原料制备活性炭颗粒，工艺简单，原料价格低廉，制备的负载有纳米铁的活性炭颗粒可有效的分解有害污染物，且负载的纳米铁和活性炭与废水接触时可形成无数原电池，并与丙烯腈发生化学反应;使丙烯腈得到分解，提高了后续可生化性。
权利要求书
1.一种处理丙烯腈废水的吸附剂的制备方法，步骤如下：
(1)将芦竹的根水洗除杂，剪成段状，烘干，粉碎后过80~200目筛，得芦竹根粉;将芦竹根粉浸渍于焦磷酸水溶液中5~15 h，将浸泡过的芦竹根粉取出后置于马弗炉中，于500~600 ℃炭化活化0.75~3 h，停止加热，冷却，用90~100℃的去离子水洗涤至洗涤液pH值不变，烘干或自然晾干，得芦竹根活性炭颗粒;
所述的焦磷酸水溶液的质量浓度为40~50%;所述的芦竹根粉与焦磷酸水溶液的质量比为1：(1~2);
(2)将步骤(1)得到的芦竹根活性炭颗粒加入硫酸亚铁溶液中，通氮气搅拌浸泡2~5 h; 将浸泡液滤去，向固相中加入乙醇水溶液和聚乙二醇-4000，并滴加NaBH4水溶液，通氮气室温下搅拌反应0.5~3 h;
所述的硫酸亚铁溶液的摩尔浓度为0.05~0.1 mol/L;所述的活性炭颗粒与硫酸亚铁溶液的质量体积比为0.01~0.05 g/mL;
所述的固相与乙醇水溶液的质量体积比为0.01~0.04 g/mL，所述的固相与聚乙二醇-4000的质量比为(4~20)：1，所述的固相与NaBH4水溶液的质量体积比为(0.01~0.04)：1 g/mL;
(3) 反应完成后将反应液滤去，将固相洗涤至洗涤液呈中性，烘干即得。
2.根据权利要求1所述的处理丙烯腈废水的吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的烘干的方式为在105 ℃烘箱中烘干10~12 h。
3.根据权利要求1所述的处理丙烯腈废水的吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的乙醇水溶液中乙醇与水的体积比为1:(2~10);所述的NaBH4水溶液的摩尔浓度为0.5~1mol/L。
4.根据权利要求3所述的处理丙烯腈废水的吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的乙醇水溶液中乙醇与水的体积比为3:7。
5.根据权利要求1所述的处理丙烯腈废水的吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的NaBH4水溶液滴加速率为1.5~7.5 mL/min。
6.根据权利要求1所述的处理丙烯腈废水的吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述的洗涤方式为：水洗涤后用乙醇洗涤，再用水洗涤。
说明书
一种处理丙烯腈废水的吸附剂及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及一种处理丙烯腈废水的吸附剂及其制备方法与应用，属于环境保护与废水的 处理领域。
背景技术
水污染是我国当前面临的主要环境问题之一。其中工业废水占总污水量的70%以上，是 国内外环保研究领域中的难题，它的净化处理越来越受到人们的关注。丙烯腈工业生产中产 生的含氰废水属于典型的高浓度有机废水;研究表明，水环境中微量丙烯腈的存在，会造 成水体的高毒性和潜在的“三致”毒性，在我国确定的优先控制有毒化学品名单中以及水中 优先控制污染物黑名单中，丙烯腈均位列其中。如何有效的处理丙烯腈废水是国内外公认的 难题。目前最常见的处理方法为氧化法、电芬顿法、生物法，其中以生物法最为典型。
但是，丙烯腈废水对微生物有很强的毒性和抑制作用，直接排入生化处理系统会对系统 造成很大的冲击。丙烯腈废水中最难处理的污染物是聚合物，它主要来自于腈类物质的低分 子聚合物或共聚物。这些聚合物在水中一般以胶体态或溶解态形式存在，难以水解并能被微 生物利用，很难得到有效去除，这是造成丙烯腈废水COD排放不达标的主要原因。
现有的吸附剂多为活性炭，可以降低进入生化系统丙烯腈及COD的浓度;但单独的活 性炭吸附不能使丙烯腈分解，排放到环境中会造成二次污染。因此，开发能与丙烯腈废水中 的污染物反应的吸附剂对于丙烯腈废水处理具有重要的意义。
发明内容
针对现有技术中丙烯腈废水吸附剂容易造成二次污染的不足，本发明提供一种处理丙烯 腈废水的吸附剂及其制备方法与应用，尤其提供一种能与丙烯腈废水中的污染物反应的吸附 剂及其制备方法与应用。
本发明的技术方案如下：
一种处理丙烯腈废水的吸附剂，该吸附剂是将芦竹根活性炭颗粒在硫酸亚铁溶液中浸 泡，再将浸泡后的芦竹根活性炭颗粒与乙醇水溶液、聚乙二醇-4000和NaBH4水溶液常温下 混合反应，得到的负载有纳米铁的活性炭颗粒，即为本发明的吸附剂。
所述的芦竹根活性炭颗粒是按如下步骤制得的：
将芦竹根烘干、粉碎，过80～200目筛，将所得芦竹根粉浸渍于焦磷酸水溶液中5～15h， 将浸泡过的芦竹根粉取出后置于马弗炉中，于500～600℃炭化活化0.5～3h，冷却，用 90～100℃的去离子水洗涤至洗涤液pH值不变，烘干或自然晾干。
本发明的负载有纳米铁的活性炭颗粒吸附剂，比表面积为344.36～540.82m2/g，平均孔 径为3.489～5.310nm，颗粒平均粒径为86.93～288.72μm，铁负载量为7.5%～13.7%。
根据本发明，一种处理丙烯腈废水的吸附剂的制备方法，步骤如下：
(1)将芦竹的根水洗除杂，剪成段状，烘干，粉碎后过80～200目筛，得芦竹根粉;将 芦竹根粉浸渍于焦磷酸水溶液中5～15h，将浸泡过的芦竹根粉取出后置于马弗炉中，于 500～600℃炭化活化0.75～3h，停止加热，冷却，用90～100℃的去离子水洗涤至洗涤液pH 值不变，烘干或自然晾干，得芦竹根活性炭颗粒;
(2)将步骤(2)得到的芦竹根活性炭颗粒加入硫酸亚铁溶液中，通氮气搅拌浸泡2～5h; 将浸泡液滤去，向固相中加入乙醇水溶液和聚乙二醇-4000，并滴加NaBH4水溶液，通氮气 室温下搅拌反应0.5～3h;
(3)反应完成后将反应液滤去，将固相洗涤至洗涤液呈中性，烘干即得。
根据本发明，优选的，步骤(1)中所述的烘干的方式为在105℃烘箱中烘干10～12h。
根据本发明，优选的，步骤(1)中所述的焦磷酸水溶液的质量浓度为40～50%，更优选 45%;所述的芦竹根粉与焦磷酸水溶液的质量比为1：(1～2)。
根据本发明，优选的，步骤(2)中所述的硫酸亚铁溶液的摩尔浓度为0.05～0.1mol/L; 所述的活性炭颗粒与硫酸亚铁溶液的质量体积比为0.01～0.05g/ml。
根据本发明，优选的，步骤(2)中所述的乙醇水溶液中乙醇与水的体积比为1:(2～10)， 更优选3:7;所述的NaBH4水溶液的摩尔浓度为0.5～1mol/L，更优选0.7mol/L。
根据本发明，优选的，步骤(2)中所述的NaBH4水溶液滴加速率为1.5～7.5ml/min。以 避免生成的纳米铁的团聚。
根据本发明，优选的，步骤(2)中所述的固相与乙醇水溶液的质量体积比为0.01～0.04 g/ml，所述的固相与聚乙二醇-4000的质量比为(4～20)：1，所述的固相与NaBH4水溶液的 质量体积比为(0.01～0.04)：1g/ml。
根据本发明，优选的，步骤(3)中所述的固相洗涤方式为：水洗涤后用乙醇洗涤，再 用水洗涤。
本发明制得的吸附剂用于丙烯腈废水的处理。在废水中丙烯腈浓度50～700mg/L范围内， 本发明吸附剂的投加量为0.5～1.5g/L;优选投加量为1g/L。
本发明制备的处理丙烯腈废水的吸附剂，适合存放在充满N2的棕色瓶子内。
本发明吸附剂的制备方法中，加入乙醇水溶液可有效地发挥聚乙二醇-4000对 FeSO4·7H2O的分散作用，使Fe2+均匀地分散到颗粒活性炭上，并可以防止NaBH4还原得到 的纳米铁发生团聚现象。
本发明的有益效果如下：
1、本发明以芦竹根为原料制备活性炭颗粒，制备工艺简单，制备速度快，原料价格低 廉，制备的活性炭颗粒空隙的70%多为介孔，有利于纳米铁的负载;负载有纳米铁的活性炭 颗粒可有效的分解有害污染物，有利于环境保护。
2、本发明的吸附剂在处理丙烯腈废水的过程中不仅具有很强的吸附性能，而且负载的 纳米铁和活性炭与废水接触时可形成无数原电池，并与丙烯腈发生化学反应;由于纳米铁具 有极强的还原性，可以将丙烯腈还原，纳米铁与丙烯腈反应生成的Fe2+还能与丙烯腈反应， 使丙烯腈得到分解，提高了后续的可生化性。
3、本发明作为纳米铁载体的活性炭颗粒是用芦竹根为原料制备的，芦竹属于草本植物， 在我国分布广泛且繁殖能力强，实现资源和能源再利用。用焦磷酸作为活化剂可增加活性炭 颗粒中介孔的数量，更有利于纳米铁的负载。
