废弃农作物秸秆制备吸附剂的方法及使用方法和再生方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用农作物废弃秸秆制备吸附剂的制备方法以及利用所述吸附剂处理污水的处理方法和对吸收污物后的所述吸附剂进行处理的再生处理方法，属于环保材料制备应用【技术领域】。提供一种原料成本低、生产工艺简单的利用农作物废弃秸秆制备吸附剂的制备方法和利用所述吸附剂处理污水的方法以及对吸收污物后的所述吸附剂进行处理的再生处理方法。所述的制备方法包括备料、粉化胚料和碳化处理几个步骤；所述的处理方法包括PH值调制、吸附剂按比例投放和搅拌几个步骤；所述的再生处理方法包括HCl溶液配制、饱和吸附剂的比例添加、搅拌、冲洗和烘干几个步骤。
【专利说明】废弃农作物秸秆制备吸附剂的方法及使用方法和再生方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种吸附剂的制备方法，尤其是涉及一种利用农作物废弃秸杆制备吸附剂的制备方法，属于环保材料制备应用【技术领域】。本发明还涉及到一种利用所述吸附剂处理污水的处理方法和对吸收污物后的所述吸附剂进行处理的再生处理方法。
【背景技术】
[0002]活性炭是一种常见的吸附材料，由于其发达的孔径结构和吸附能力，以及简单的制作工艺，使其得到广泛的使用，已涉及环境保护、工业生产和日产生活的各个方面。制作活性炭所使用的的材料容易获取，种类多样，按原料来源分，主要包括煤质活性炭、木质活性炭和果壳活性炭]。但是，以煤炭和木材为原材料来制作活性炭，对于煤炭和木材资源来说，是一种浪费。
[0003]活性炭制作的原料多种，传统活性炭制作来源是煤炭和木材。由于世界性的能源问题，煤炭作为一种不可再生资源，使用煤质活性炭是不可取的。而森林的大量砍伐和使用导致植被减少，带来了土地荒漠化，全球变暖等弊端。因此使用煤炭和砍伐林木制作活性炭是不可行的，既增加了活性炭的制作成本，也是对自然资源的一种浪费。所以研宄、寻找用于制备活性炭的原料便是环保【技术领域】急需解决的一项工作。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是:提供一种原料成本低、生产工艺简单的利用农作物废弃秸杆制备吸附剂的制备方法。本发明还提供了一种利用所述吸附剂处理污水的方法和一种对吸收污物后的所述吸附剂进行处理的再生处理方法。
[0005]为解决上述技术问题所采用的技术方案是:一种利用农作物废弃秸杆制备吸附剂的制备方法，包括以下步骤，
[0006]a、备料，选择木质化或纤维化的农作物废弃秸杆，去除杂质后粉碎为I?2cm的颗粒，干燥备用；
[0007]b、粉化胚料，将步骤a制得的干燥颗粒料经粉碎机粉碎后，采用80?120目的筛网筛分制成粉化胚料备用；
[0008]C、碳化处理，将步骤b制得的粉化胚料置于坩锅中，在厌氧条件中加热至450°C，并保温至少40min取出，空冷至室温，这样便完成了一次利用农作物废弃秸杆制备吸附剂的制备工作。
[0009]进一步的是，步骤a中，去除杂质后的农作物秸杆只留秸杆杆茎，并采用烘干机在105°C的条件下干燥所述的颗粒。
[0010]进一步的是，步骤c中，加热所述坩锅的加热设备为电阻炉，将所述坩锅从室温加热至450°C的时间在13?17min之间。
[0011]进一步的是，步骤c中，通过向所述的坩锅中充入氮气形成厌氧加热条件。
[0012]上述方案的优选方式是，步骤b中，筛分所述粉化胚料的筛网的目数为100目。
[0013]用所述的吸附剂处理含铬污水的处理方法，包括以下步骤，
[0014]先通过向需要处理的含铬污水中加入酸性调质制，将需要处理的所述含铬污水的PH值调整为不超过2，铬盐污物浓度在95?105mg/L之间；然后，按每I升含铬盐污水中投入0.38?0.42g所述吸附剂的比例，向所述的含铬盐污水中添加所述的吸附剂搅拌即可初步清除所述含铬污水中80%的铬盐污染物质。
[0015]进一步的是，调整后的所述含铬盐污水的PH值在0.6?1.2之间。
[0016]进一步的是，向所述含铬污水中投入的所述吸附剂的量比为每I升含铬盐污水中投入0.4g的吸附剂。
[0017]用于处理吸收饱和的所述吸附剂的再生处理方法，所述的再生处理方法包括以下步骤，先制备摩尔浓度为0.lmol/L的HCl溶液，然后按每I升HCl溶液中加入0.4g需要再生处理的吸收饱和的吸附剂，并在常温下搅拌不低于2.5小时，然后过滤、冲洗并烘干即得再生的吸附剂。
[0018]进一步的是，在对过滤后的吸附剂进行冲洗时，直到被冲洗的吸附剂的酸碱度达到中性为止。
[0019]本发明的有益效果是:通过选用木质化或纤维化的农作物废弃秸杆去除杂质后，再碎化成I?2cm的颗粒并干燥后作为制备所述吸附剂的原材料，然后再经过粉化并筛分并截取筛下料放入坩锅中，在厌氧条件中加热至450°C，并保温至少40min取出，空冷至室温完成利用农作物废弃秸杆制备吸附剂的制备工作。这样，在制备所述的吸附剂时，由于采用的是木质化或纤维化的农作物废弃秸杆作为原料，而不需要采用不可再生的煤碳型资源或者破坏生态环境的森林资资源，从而不仅明显降低了生产成本，而且由于农作物废弃秸杆可循环再生，还能有效的保证原材料的取之不尽，用之不竭；而在制备的过程中，由于仅需通过对原材料的碎化、筛分、干燥和厌氧条件下的碳化以及空冷至室温的过程中即可完成制备工作，从而使制备的工艺过程变得十分简捷、快速，达到满足实际生产需要的目的。
[0020]在采用所述的吸附剂处理含铬污水时，先通过向需要处理的含铬污水中加入酸性调质制，将需要处理的所述含铬污水的PH值调整为不超过2，铬盐污物浓度在95?105mg/L之间；然后，按每I升含铬盐污水中投入0.38?0.42g所述吸附剂的比例，向所述的含铬盐污水中添加所述的吸附剂搅拌即可初步清除所述含铬污水中80%的铬盐污染物质。处理工序少，过程简单，处理的效果优良。
[0021]在对吸收饱和的所述吸附剂进行再生处理时，先制备摩尔浓度为0.lmol/L的HCl溶液，然后按每I升HCl溶液中加入0.4g需要再生处理的吸收饱和的吸附剂，并在常温下搅拌不低于2.5小时，然后过滤、冲洗并烘干即得再生的吸附剂。通过上述简单处理，即可恢复吸附剂的吸附功能，达到再次使用的目的，从而解决了当资源不充足，吸附剂制作数量不足时的应急需求，从而为采用农作物废弃秸杆作为原料制备吸附剂的生产方法得到广泛应用提供了保证。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为本发明对烟杆炭化制作的活性炭原样采用辽仪-101BI型激光颗粒分布测量仪进行颗粒粒径分布测量的测量结果图；
[0023]图2为本发明对烟杆炭化制作的活性炭原样采用SEM电子镜放大300倍和1000倍的原样图(300倍为左图，1000倍为右图)；
[0024]图3为本发明对烟杆活性炭进行红外傅立叶分析的结果图；
[0025]图4为本发明采用所述的吸附剂处理含铬污水中pH和活性炭投加量对六价铬去除影响的统计图；
[0026]图5为本发明以六价铬为指标的不同再生药剂比较；
[0027]图6为本发明以总格为指标不同再生药剂比较。
【具体实施方式】
[0028]为了解决现有技术中，需要大量消耗不可再生的煤碳资源或造成环境破坏的森林资料制备污水处理吸附剂的困境，本发明提供的一种原料成本低、生产工艺简单的利用农作物废弃秸杆制备吸附剂的制备方法；同时，本发明还提供了一种利用所述吸附剂处理污水的方法和一种对吸收污物后的所述吸附剂进行处理的再生处理方法。所述的制备方法包括以下步骤，
[0029]a、备料，选择木质化或纤维化的农作物废弃秸杆，去除杂质后粉碎为I?2cm的颗粒，干燥备用；
[0030]b、粉化胚料，将步骤a制得的干燥颗粒料经粉碎机粉碎后，采用80?120目的筛网筛分制成粉化胚料备用；
[0031]C、碳化处理，将步骤b制得的粉化胚料置于坩锅中，在厌氧条件中加热至450°C，并保温至少40min取出，空冷至室温，这样便完成了一次利用农作物废弃秸杆制备吸附剂的制备工作。通过选用木质化或纤维化的农作物废弃秸杆去除杂质后，再碎化成I?2cm的颗粒并干燥后作为制备所述吸附剂的原材料，然后再经过粉化并筛分并截取筛下料放入坩锅中，在厌氧条件中加热至450°C，并保温至少40min取出，空冷至室温完成利用农作物废弃秸杆制备吸附剂的制备工作。这样，在制备所述的吸附剂时，由于采用的是木质化或纤维化的农作物废弃秸杆作为原料，而不需要采用不可再生的煤碳型资源或者破坏生态环境的森林资资源，从而不仅明显降低了生产成本，而且由于农作物废弃秸杆可循环再生，还能有效的保证原材料的取之不尽，用之不竭；而在制备的过程中，由于仅需通过对原材料的碎化、筛分、干燥和厌氧条件下的碳化以及空冷至室温的过程中即可完成制备工作，从而使制备的工艺过程变得十分简捷、快速，达到满足实际生产需要的目的。上述实施方式中使用的原材料还包括稻壳、椰壳、核桃壳、竹子等农作物废弃物等。只是当使用如稻壳等本身为较小的颗粒物时，可以省去碎化工序，直接进入干燥工序。
[0032]在制备完成的吸附剂后，可以利用所述的吸附剂对含铬污水进行处理，所述的处理方法包括以下步骤，先通过向需要处理的含铬污水中加入酸性调质制，将需要处理的所述含铬污水的PH值调整为不超过2，铬盐污物浓度在95?105mg/L之间；然后，按每I升含铬盐污水中投入0.38?0.42g所述吸附剂的比例，向所述的含铬盐污水中添加所述的吸附剂并搅拌，即可初步清除所述含铬污水中80%的铬盐污染物质。按照上述的处理方法处理所述的含铬污水不仅工序少，过程简单，而且根据对处理后的污水的含铬量的检测可知，处理的效果也十分优良。
[0033]为了最大化的节约资料，减少对利用农作物秸杆制备的吸附剂数量的不足，本申请还提供了一种用于处理吸收饱和的所述吸附剂的再生处理方法，所述的再生处理方法包括以下步骤，先制备摩尔浓度为0.lmol/L的HCl溶液，然后按每I升HCl溶液中加入0.4g需要再生处理的吸收饱和的吸附剂，并在常温下搅拌不低于2.5小时，然后过滤、冲洗并烘干即得再生的吸附剂。这样，通过上述简单处理，即可恢复吸附剂的吸附功能，达到再次使用的目的，从而解决了当资源不充足，吸附剂制作数量不足免时的应急需求，从而为采用农作物废弃秸杆作为原料制备吸附剂的生产方法得到广泛应用提供了保证。
[0034]上述实施方式中，为了提高制备吸附剂的效果，简化制作程序，同时，又保证制备的吸附剂的质量，步骤a中，去除杂质后的农作物秸杆只留秸杆杆茎，并采用烘干机在105°C的条件下干燥所述的颗粒；步骤c中，加热所述坩锅的加热设备为电阻炉，将所述坩锅从室温加热至450°C的时间在13?17min之间，并通过向所述的坩锅中充入氮气形成厌氧加热条件；而在步骤b中，筛分所述粉化胚料的筛网的目数为100目。
[0035]同时，为了提高用所述的吸附剂处理含铬污水的处理效果，要保证调整后的所述含铬盐污水的PH值在0.6?1.2之间；向所述含铬污水中投入的所述吸附剂的量比尽量保证在每I升含铬盐污水中投入0.4g的吸附剂。并且，在对过滤后的吸附剂进行冲洗时，直到被冲洗的吸附剂的酸碱度达到中性为止。
[0036]利用废弃烟杆制备吸附剂的实施例:
[0037]1、烟杆吸附剂制备方法
[0038]烟杆去除杂质后用切碎机切碎至I?2cm，在105°C下烘干。用粉碎机粉碎后过100目筛；然后将烟杆粉末移至坩祸中，在充氮气隔绝空气的条件下，在电阻炉中升温15min至450°C并保持45min后取出。冷却至室温，即得粉状烟杆吸附剂成品。
[0039]2、烟杆吸附剂的表征
[0040](I)颗粒分布测量
[0041]如图1所示，为对烟杆炭化制作的活性炭原样采用辽仪-101BI型激光颗粒分布测量仪进行颗粒粒径分布测量的结果图。从而图可知，所制得的活性炭大小不均，颗粒直径主要集中在10-60 μm间。
[0042](2) SEM扫描电镜图
[0043]如图2所示，扫描电镜电压为5.0kV，图中左电镜图放大倍数为300倍，右电镜图放大倍数为1000倍，放大级别微米级别，扫描电镜图中比例尺是10 μ m。激光粒度分析仪所得结果中显示出样品炭样分布在0.5到149微米之间，并且分布不均匀，在扫描电镜图中也可看出活性炭大小不一，是典型的不规则活性炭。从样品扫描电镜图中选择出大颗粒和小颗粒图各一张，图中烟杆基活性炭具有一定的空间结构和孔隙结构。左图中炭样呈层装结构，孔径较大，图中估测大孔孔径范围从10 μπι到20 μm，内壁上也存在小孔。右图中，小颗粒炭呈片装结构，炭上小孔分布丰富。
[0044](3)官能团分析
[0045]如图3所示，傅立叶红外波谱图是以透过率为纵坐标，波数为横坐标，图中标出了吸收峰的波数。以下是对图3吸附前烟杆活性炭傅立叶红外波谱图的解析。
[0046]3398cm-l的尖锐的吸收峰是_C_H的伸缩振动吸收峰，700-600cm_l间有较宽的吸收峰是-C-H的弯曲振动吸收峰，证明有-C = C-存在。
[0047]1600cm-l的吸收峰是_C = C-的共轭伸缩振动吸收峰，在781cm_l的吸收峰是-C-H的弯曲振动吸收峰，证明有-C = C-存在。
[0048]2954cm-l和2867cm_l同时存在-C-H的对称和不对称伸缩振动吸收峰，1432cm_l有-C-H的弯曲伸缩振动吸收峰，证明有烷烃存在。
[0049]1315cm-l存在-O-H的弯曲振动吸收峰，1119cm-1有仲醇-C-O伸缩振动吸收峰，说明-O-H存在，有羟基(-0H)存在。
[0050]3.烟杆吸附剂去除水中六价铬的效果
[0051 ] 如图4示出不同的颜色代表不同的去除率区间，由图4可以看出，在相同的活性炭投加量下，PH = I的六价铬去除率始终高于pH = I的条件下，随着活性炭投加量的增加，六价铬的去除率随之上升，从图4还可以看出，0.4g是在实验设定重铬酸钾浓度为100mg/L的饱和投加量，此时六价铬单位活性炭的吸附量为14.29mg/g。
[0052]4.烟杆活性炭的再生
[0053]分别选择HN03、HC1、1/2H2S04和NaOH做为溶剂，溶剂摩尔浓度为0.lmol/L,温度为室温即约等于20°C，加入吸附后活性炭0.4g，使用90-3型双向定时恒温磁力搅拌器搅拌3h，搅拌完后使用抽滤过滤，用蒸馏水将再生活性炭冲洗，直至滤液pH为中性，放入干燥箱中在105°C温度下烘2h后保存。
[0054]再生后活性炭用于处理六价铬溶液的条件:投加量为0.3g，恒温水浴振荡器温度为25°C，转速150rad/min，振荡lh，处理六价铬浓度为50mg/L，pH = I的重铬酸钾溶液。
[0055]从图5和图6可以看出，不同的再生药剂对于处理之后的烟杆活性炭有不同的再生能力。就酸性溶液而言，硝酸、硫酸和盐酸的再生率依次上升。整体来说，酸性溶液的再生能力低于碱性溶液的再生能力，说明碱性溶液具有较好的再生能力，对于总格的去除能力甚至有所提升。经过NaOH再生之后的活性炭的吸附能力上升，再生率能达到91.45% (以六价络计算)和112.66% (以总络计算)，
[0056]再生4次之后，再生烟杆活性炭六价铬和总铬的去除率未有太大变化，说明活性炭具有较好的循环利用性能，对于铬的平均回收率为6.76%。
【权利要求】
1.一种利用农作物废弃秸杆制备吸附剂的制备方法，其特征在于:包括以下步骤， a、备料，选择木质化或纤维化的农作物废弃秸杆，去除杂质后碎化为I?2cm的颗粒，干燥备用； b、粉化胚料，将步骤a制得的干燥颗粒料经粉碎机粉碎后，采用80?120目的筛网筛分制成粉化胚料备用； c、碳化处理，将步骤b制得的粉化胚料置于坩锅中，在厌氧条件中加热至450°C，并保温至少40min取出，空冷至室温，这样便完成了一次利用农作物废弃秸杆制备吸附剂的制备工作。
2.根据权利要求1所述的利用农作物废弃秸杆制备吸附剂的制备方法，其特征在于:步骤a中，去除杂质后的农作物秸杆只留秸杆杆茎，并采用烘干机在105°C的条件下干燥所述的颗粒。
3.根据权利要求1所述的利用农作物废弃秸杆制备吸附剂的制备方法，其特征在于:步骤c中，加热所述坩锅的加热设备为电阻炉，将所述坩锅从室温加热至450°C的时间在13?17min之间。
4.根据权利要求1所述的利用农作物废弃秸杆制备吸附剂的制备方法，其特征在于:步骤c中，通过向所述的坩锅中充入氮气形成厌氧加热条件。
5.根据权利要求1?4中任一项所述的利用农作物废弃秸杆制备吸附剂的制备方法，其特征在于:步骤b中，筛分所述粉化胚料的筛网的目数为100目。
6.用权利求I制备的吸附剂处理含铬污水的处理方法，其特征在于:包括以下步骤， 先通过向需要处理的含铬污水中加入酸性调质制，将需要处理的所述含铬污水的PH值调整为不超过2，铬盐污物浓度在95?105mg/L之间；然后，按每I升含铬盐污水中投入0.38?0.42g所述吸附剂的比例，向所述的含铬盐污水中添加所述的吸附剂并搅拌，即可初步清除所述含铬污水中80%的铬盐污染物质。
7.根据权利求6所述的处理方法，其特征在于:调整后的所述含铬盐污水的PH值在0.6?1.2之间。
8.根据权利求6所述的处理方法，其特征在于:向所述含铬污水中投入的所述吸附剂的量比为每I升含铬盐污水中投入0.4g的吸附剂。
9.用于处理权利要求6吸收饱和的吸附剂的再生处理方法，其特征在于:所述的再生处理方法包括以下步骤，先制备摩尔浓度为0.lmol/L的HCl溶液，然后按每I升HCl溶液中加入0.4g需要再生处理的吸收饱和的吸附剂，并在常温下搅拌不低于2.5小时，然后过滤、冲洗并烘干即得再生的吸附剂。
10.根据权利要求9所述的再生处理方法，其特征在于:在对过滤后的吸附剂进行冲洗时，直到被冲洗的吸附剂的酸碱度达到中性为止。
【文档编号】B01J20/24GK104475046SQ201410831014
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月26日 优先权日:2014年12月26日
【发明者】陈金发, 钱波, 李向婷, 姚小波, 李静 申请人:西昌学院