申请日2016.08.01
公开(公告)日2016.10.26
IPC分类号B01J20/30; B01J20/22; C02F1/28; C02F101/20
摘要
本发明公开了一种用于处理含镉废水的吸附剂，是以质量比为100:10‑15:30‑50:5‑10:3‑5:8‑12的桑枝粉、丙烯酸马来酸酐共聚物、鼠尾藻粉、硫脲、硫酸铈和羧甲基纤维素钠作为原料，通过微波加热法制成吸附剂。本发明制备的吸附剂具有原料来源广泛、成本低廉、比表面积大、吸附容量大、吸附效率高、制备工艺简单、环保易降解等优点，在含镉废水处理中具有广阔的市场前景。
权利要求书
1.一种用于处理含镉废水的吸附剂，其特征在于：是以质量比为100:10-15:30-50:5-10:3-5:8-12的桑枝粉、丙烯酸马来酸酐共聚物、鼠尾藻粉、硫脲、硫酸铈和羧甲基纤维素钠作为原料，通过微波加热法制成吸附剂，其制备方法包括如下步骤：
(1)将100份干桑枝粉碎，加入氢氧化钠溶液浸泡桑枝粉6-8h,再用水洗涤桑枝粉至中性，得桑枝纤维素;在桑枝纤维素中加入10-15份丙烯酸马来酸酐共聚物，再加入150-180份水，混合均匀，在温度为60-80℃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份加入超声波搅拌器，再加入适量水进行超声反应，将反应后的糊状物置于80-100℃的烘箱中加热干燥1-2h，得改性鼠尾藻粉;
(3)将上述改性桑枝粉、改性鼠尾藻粉加入搅拌器，加入硫酸铈溶液3-5份和羧甲基纤维素钠8-12份，再加入水调成糊状，将糊状物放入微波加热设备，在温度为100-120℃下微波干燥1-2h，冷却至室温，研磨，即得用于处理含镉废水的吸附剂。
2.根据权利要求1所述用于处理含镉废水的吸附剂，其特征在于：所述干桑枝粉的含水量为11%。
3.根据权利要求1所述用于处理含镉废水的吸附剂，其特征在于：步骤(1)是将干桑枝粉碎至40-60目。
4.根据权利要求1所述用于处理含镉废水的吸附剂，其特征在于：所述氢氧化钠的浓度为3-5mol/L。
5.根据权利要求1所述用于处理含镉废水的吸附剂，其特征在于：所述鼠尾藻粉是将新鲜鼠尾藻洗净，干燥至含水量为10%，再粉碎至100目，即得鼠尾藻粉。
6.根据权利要求1所述用于处理含镉废水的吸附剂，其特征在于：步骤(2)所述的超声反应是在超声频率为40-60kHz下超声反应30-60min。
7.根据权利要求1所述用于处理含镉废水的吸附剂，其特征在于：所述硫酸铈的浓度为5mol/L。
8.根据权利要求1所述用于处理含镉废水 的吸附剂，其特征在于：步骤(3)所述微波的功率为200-300W。
9.根据权利要求1所述用于处理含镉废水的吸附剂，其特征在于：步骤(3)所述研磨是将物料研磨至粒径为0.5-1.0mm。
说明书
一种用于处理含镉废水的吸附剂
技术领域
本发明涉及吸附材料技术领域，具体是一种用于处理含镉废水的吸附剂。
背景技术
近年来，随着重金属工业的发展、重金属废水未加处理的任意排放，导致了重金属离子在自然水体中的含量日益增加，由此所导致的水污染事件频频发生。重金属是造成环境污染问题的重要原因之一，当重金属进入到环境中，是不能被生物降解为无害物质的，同时水中的悬浮颗粒通过对重金属离子的吸附和沉淀作用，使得水体重金属长期污染就此产生。更有甚者，存在于生物体内的重金属经过累积、富集，还参与生物圈循环，危害人体健康，是对生态环境危害极大的一类污染物。水体重金属污染已经成为了全社会关注的一个世界性的的环境问题。
镉不是人体的必需元素，对人体的毒性很大。镉通过呼吸系统、消化系统进入人体内，形成镉硫蛋白，积累于肝脏和肾脏中，影响肝肾系统。肾功能不全继而影响维生素D的活性，引起骨节变形、骨骼疏松等症状，进而导致骨软化症，身体疼痛。日本历史上最著名的“痛痛病”就是镉中毒造成的。镉对人体的伤害还包括慢性镉中毒引起的贫血、影响生育功能，急性镉中毒引起的肺炎、呼吸困难等。此外，镉对植物、动物都有毒害作用。镉被植物吸收后，会破坏植物的各种脱氢酶，从而抑制植物生长导致死亡。用被镉污染的水灌溉农作物，就会使镉富集在农作物中，使小麦、稻米、大豆等作物镉超标。例如，今年年初发生的湖南
大米镉超标事件。镉对鱼类有毒性影响的浓度为0.01～0.02mg/L，致死浓度为0.2-1.1mg/L。正是由于镉对人体健康的严重危害和环境污染及资源短缺等问题日趋严重，因此，如何经济有效地处理含镉废水便成为我国重要的研究方向之一。
含镉废水的处理方法较多，硫化物沉淀法、铁氧体法、浮选法、黄原酸酯适用于处理少量含镉废水，大量的含镉废水的处理含镉工业废水的处理方法包括化学沉淀法、混凝沉淀法、离子交换法、吸附法等。由于吸附法具有工艺流程简单、处理效果好、可操作性强等优点，因此在处理废水镉离子中得到广泛的应用。其中活性炭作为一种有效的废水处理吸附剂可用于大多数重金属、有机分子的除去且吸附能力强，只是活性炭资源有限，大批量治理废水造价高，寿命短，再生操作费用高，较难在经济尚不发达的地区得到广泛的应用。现有的高分子吸附剂、利用废弃物制备的吸附剂和复合吸附剂等也存在成本高、吸附效率低、易产生二次污染等问题。因此，如何提高吸附剂的吸附效率和减少吸附剂使用过程中造成的二次污染问题是当今的研究热点。
发明内容
本发明针对现有吸附剂存在的问题，提供一种比表面积大、吸附容量大、吸附效率高、成本低、制备工艺简单、安全环保的用于处理含镉废水的吸附剂。
为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现：
一种用于处理含镉废水的吸附剂，是以质量比为100:10-15:30-50:5-10:3-5:8-12的桑枝粉、丙烯酸马来酸酐共聚物、鼠尾藻粉、硫脲、硫酸铈和羧甲基纤维素钠作为原料，通过微波加热法制成吸附剂，其制备方法包括如下步骤：
(1)将100份干桑枝粉碎，加入氢氧化钠溶液浸泡桑枝粉6-8h,再用水洗涤桑枝粉至中性，得桑枝纤维素;在桑枝纤维素中加入10-15份丙烯酸马来酸酐共聚物，再加入150-180份水，混合均匀，在温度为60-80℃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份加入超声波搅拌器，再加入适量水进行超声反应，将反应后的糊状物置于80-100℃的烘箱中加热干燥1-2h，得改性鼠尾藻粉;
(3)将上述改性桑枝粉、改性鼠尾藻粉加入搅拌器，加入硫酸铈溶液3-5份和羧甲基纤维素钠8-12份，再加入水调成糊状，将糊状物放入微波加热设备，在温度为100-120℃下微波干燥1-2h，冷却至室温，研磨，即得用于处理含镉废水的吸附剂。
优选的，以上所述干桑枝粉的含水量为11%。
优选的，以上步骤(1)是将干桑枝粉碎至40-60目。
优选的，以上所述氢氧化钠的浓度为3-5mol/L。
优选的，以上所述鼠尾藻粉是将新鲜鼠尾藻洗净，干燥至含水量为10%，再粉碎至100目，即得鼠尾藻粉。
优选的，以上步骤(2)所述的超声反应是在超声频率为40-60kHz下超声反应30-60min。
优选的，以上所述硫酸铈的浓度为5mol/L。
优选的，以上步骤(3)所述微波的功率为200-300W。
优选的，以上步骤(3)所述研磨是将物料研磨至粒径为0.5-1.0mm。
与现有技术相比，本发明的优点和有益效果为：
1、本发明制备的吸附剂具有原料来源广泛、成本低廉、比表面积大、吸附容量大、吸附效率高、制备工艺简单、环保易降解等优点，对镉离子具有很好的吸附性能，在含镉废水处理中具有广阔的市场前景。
2、本发明以农作物废弃物桑枝作为主要原料，不仅原料来源广泛，价格低廉，还能实现废弃物的资源化回收利用，扩宽桑枝的应用价值。
3、本方法利用氢氧化钠和丙烯酸马来酸酐共聚物对桑枝进行改性，可以去除桑枝的色素、木质素和半纤维素等物质，由于丙烯酸马来酸酐共聚物分子链上具有大量的羧基等活性基团，可活化吸附位点，提高吸附剂的吸附性能。
4、本发明以分布广泛、繁殖速度快、生长周期短的鼠尾藻作为原料，鼠尾藻的多空结构可为重金属提供有效地吸附位点，同时鼠尾藻富含蛋白质、多糖及粗纤维等多种大分子物质，含有大量的羟基、羧基和氨基等官能团，可与重金属离子发生较为完全的络合反应，从而达到更好的吸附效果。
5、本方法采用超声波处理鼠尾藻粉，能够快速破碎植物的细胞壁，使更多的内部功能团暴露出来与金属离子结合，对废水重金属镉离子的吸附效果显著提高。
6、本发明采用硫脲对鼠尾藻粉进行改性，可以使吸附剂赋予更大的比表面积和吸附容量，提高吸附剂对镉离子的吸附性能。
7、本方法在吸附剂的制备过程中加入硫酸铈，可提高吸附剂的吸附容量大和吸附效率。
8、本发明采用微波法加热，具有加热速度快、受热体系温度均匀、耗能低等优点。
9、本发明制备的吸附剂具有良好的吸附性能，其中吸附剂的比表面积为250-300m2/g，对镉离子的吸附率达到97%以上。
