一种制备胺基改性木屑吸附剂的方法及其应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种木肩深加工制备的胺基改性木肩吸附剂及其应用，属于化学及环境技术领域。
【背景技术】
[0002]随着核工业技术和设施的不断进步，铀的需求量也愈来愈大。据统计，截止2009年底世界铀产量约51000t，由于技术和经济等方面的原因，产生了高达400亿吨的铀废石，200亿吨的铀尾矿。铀在生产和使用过程中，产生了大量含铀废水，堆置的铀废石和尾矿，在雨水的浸淋下，也会产生大量含铀废水进入地下水或河流湖泊，使点源污染变成面源污染，加大其污染程度及治理难度。目前处理含铀废水的方法众多，且各有其优劣，但吸附法去除效率高、工艺简单，应用前景广阔。
[0003]木肩是一种用途多样的可再生生物资源。木肩中除了含有丰富的碳、氧之外，还含有少量的氮、硫、氯、钾、钙等元素，以及纤维素、半纤维素、木质素、脂类、单糖、水、淀粉等。木肩是木材加工的下脚料，不同树木的成分有一定差异，但其主要成分为:含碳48%?54%，戊聚糖14%，纤维44%?45%，树脂1%?7%，灰份0.4%?4.2%，含氮0.18%，ρΗ4.2 ?6ο
[0004]木肩在传统农业中常用于烧柴、培养花木，木耳等，在传统农民家庭占据总要地位。木材被广泛用于室内装饰和装修，因而产生了大量木肩。农民对木肩的价值了解很少，处理不当，随意丢弃或燃烧，造成了资源浪费和环境污染，甚至还会造成火灾或交通事故，进而危害人类身体健康和影响周围动植物的生存环境。而且未经任何处理将木肩直接燃烧或用于培养花木的传统应用模式，成为提高木肩利用率、转化率和经济效益的重大制约。
[0005]木肩吸附剂具备一般生物质纤维素吸附剂的特点:成本低、材料量大、易获取、环境友好及无二次污染等，但直接应用时吸附率不高，因此可通过改性提高其吸附率，极具应用前景。
[0006]利用吸附方法处理含铀废水常用吸附剂为活性炭、沸石、高岭土、膨润土等，但使用这些方法时处理费用庞大，不适于处理较大水量的含铀废水，因此也难以大规模开展工业化应用。专利CN101474816A公开了一种改性木肩的制备及使用方法，分为活化工序和改性工序，其工序复杂，且条件要求比较严格，投入使用时需要熟练的技巧，需要培养熟练的工作人员，不利于该方法的推广使用。
[0007]专利CN103212378A公开了一种柠檬酸修饰棕榈树皮吸附剂的制备方法及其应用。一方面该专利的原料限制严格，为棕榈树皮。另一方面，原料还需要浸泡7-10天去除非纤维物质，处理时间太长，且整个步骤成本高昂，限制了其推广使用。
【发明内容】
[0008]本发明的目的之一是要解决的现有的技术问题，提供一种成本低廉、操作简单、吸附效果好的制备胺基改性木肩吸附剂的方法及胺基改性木肩吸附剂的应用。
[0009]为解决上述技术问题，采用的技术方案是:
[0010]首先，介绍制备胺基改性木肩吸附剂的方法。
[0011]一种制备胺基改性木肩吸附剂的方法，制备原料包括:木肩、环氧氯丙烷、N，N- 二甲基甲酰胺、二乙烯三胺、三乙胺，制备步骤包括:
[0012]预制所述木肩，取所述预制木肩2g加入20ml浓度为30%的NaOH溶液，80°C搅拌反应Ih ;加入8?16ml所述环氧氯丙烷和6?12ml所述N，N- 二甲基甲酰胺，在100°C下搅拌反应lh，再加入5?1ml所述二乙烯三胺，在100°C下搅拌反应lh，加入6?20ml所述三乙胺，在100°C下搅拌反应3?5h得到产物；将所述产物用去离子水清洗至中性，80°C干燥10?14h，得到所述胺基改性木肩吸附剂。
[0013]进一步的，制备步骤为:预制所述木肩，取所述预制木肩2g加入20ml浓度为30%的NaOH溶液，80°C搅拌反应Ih ;加入1ml所述环氧氯丙烷和8ml N，N- 二甲基甲酰胺，在100°C下搅拌反应lh，再加入6ml所述二乙烯三胺，在100°C下搅拌反应lh，加入8ml所述三乙胺，在100°C下搅拌反应4h得到产物；将所述产物用去离子水清洗至中性，80°C干燥10?14h，得到所述胺基改性木肩吸附剂。
[0014]进一步的，所述预制木肩的制备方法为:将所述木肩粉碎过60目筛，水洗涤除去泥土和灰尘，洗净后，在自然条件下风干或60?100°C下烘干18?30h，得到所述预制木肩。
[0015]进一步的，所述预制木肩的制备方法为:将所述木肩粉碎过60目筛，水洗涤除去泥土和灰尘，洗净后，75?95°C条件下烘干23?28h，得到所述预制木肩。
[0016]具体的，一种制备胺基改性木肩吸附剂的方法，步骤为:
[0017]一、将木肩用蒸馏水洗净并烘干后过60目筛，取筛下物放入干燥器中备用，得预处理木肩。
[0018]二、取步骤一所得的预处理木肩2g用20ml浓度为30%的Na0H，80°C搅拌反应Ih ；加入O?16ml环氧氯丙烷，在100°C下搅拌反应lh，再加入O?12mlN，N-二甲基甲酰胺，在100°C下搅拌反应lh，加入6ml所述二乙烯三胺，在100°C下搅拌反应lh，加入O?20ml三乙胺，在100摄氏度下搅拌反应4h ;将产物用去离子水清洗至中性，80°C干燥12h，得胺基改性木肩吸附剂。
[0019]本发明方法主要针对放射性重金属铀，结合生化技术，利用低成本的生物质木肩作为生物载体，既保留了原材料的多孔结构、吸附特性和化学特性，能高效吸附铀(VI)。同时，通过化学改性增加了具有吸附能力的特殊官能团，改变木肩原有的晶体结构，同时也增大了孔隙直径，增强了木肩吸附铀的能力。
[0020]其次，介绍胺基改性木肩吸附剂的应用。
[0021]胺基改性木肩吸附剂的应用，应用方法为:室温，150r/min的振速下，用酸或者碱调节废水PH = 4.0?7.0，加入所述胺基改性木肩吸附剂，使胺基改性木肩吸附剂投加量为1.0?1.5g/L，振荡时间3?6h，过滤，得到洁净水，并分离出胺基改性木肩吸附剂。
[0022]进一步的，所述胺基改性木肩吸附剂的应用为:作为水处理药剂在含有铀废水治理中的应用，铀在废水中的浓度为5?20mg/L。
[0023]进一步的，用酸或碱调节废水pH = 4.0?5.0，加入所述胺基改性木肩吸附剂，使吸附剂投加量为0.8?0.12g振荡时间5h/L，过滤，分离出纤维素吸附剂。
[0024]进一步的，所述的胺基改性木肩吸附剂加入量为0.lg/L。
[0025]进一步的，铀在废水中的浓度为10mg/L。
[0026]胺基改性木肩吸附剂的应用，即:将胺基改性木肩吸附剂应用于吸附废水中的铀。
[0027]当含铀废水浓度为10mg/l时，所述胺基改性木肩吸附剂加入质量为0.lg/L。
[0028]本发明的胺基改性木肩吸附剂以废弃木肩为原材料，将废弃木肩进行回收利用，通过水洗，干燥之后，用碱和有机物进行化学改性，从而得到胺基改性木肩吸附剂。本发明一方面保留了原材料的吸附特性，使其对铀具有较好的吸附效果，另一方面通过化学改性，增加了胺基官能团的量，改变其晶体结构和孔隙直径，进一步提高其对重金属的吸附效果。这类吸附剂的制备将废水的吸附技术和生物处理技术有机结合，有利于吸附剂在不同工业废水中的适应和处理能力。
[0029]本发明的有益效果包括:
[0030]1、利用废弃的木肩作为原材料，在未碳化的情况下，制作了用于吸附铀的新型化学改性产品。
[0031]2、该产品在保持原材料原有吸附能力的同时，具有改变其晶体，增加具有吸附能力的胺基官能团，可获得与活性炭材料相近甚至更优的处理效果。
【附图说明】
[0032]图1为木肩改性前后扫描电镜图:
[0033]其中，(a)为改性前木肩，(b)为改性后木肩。
[0034]图2为木肩改性前后的红外光谱图:
[0035]其中，(a)为改性前木肩，(b)为改性后木肩。
[0036]图3为改性前后木肩的XRD图:
[0037]其中，(a)为改性前木肩，(b)为改性后木肩。
[0038]图4为不同用量的胺基改性木肩吸附剂对废水中铀吸附率的示意图。
[0039]图5为胺基改性木肩吸附剂在不同PH值条件下对废水中铀吸附率的示意图。
[0040]图6为不同初始浓度的胺基改性木肩吸附剂对废水中铀吸附率的示意图。
【具体实施方式】
[0041]下面结合实施例进一步说明本发明，而不是限制本发明的范围。
[0042]实施例1
[0043]一种制备胺基改性木肩吸附剂的方法，其实施步骤如下:
[0044]第一步，将用蒸馏水洗净烘干后的废弃木肩，粉碎后过60目筛取筛下物，放入干燥器中备用；
[0045]第二步，取第一步得到的木肩2g用20ml浓度为30%的NaOH，80°C搅拌反应Ih ；加入1ml环氧氯丙烷，在100°C下搅拌反应lh，再加入8mlN，N 二甲基甲酰胺，在100°C下搅拌反应lh，再加入8ml所述二乙烯三胺，在100°C下搅拌反应3h，加入8ml三乙胺，在100摄氏度下搅拌反应4h ;将产物用去离子水清洗至中性，80°C干燥12h，得胺基改性木肩吸附剂。
[0046]上述方法制得改性木肩前后的扫描电镜如图1所示，图1为木肩改性前后扫描电镜图:其中，(a)为改性前木肩，(b)为改性后木肩。改性前木肩表面粗糙，结构松散，改性后木肩表面光滑，结构紧密，且呈空心状纵向爆裂式膨胀。改性木肩前后的红外光谱如图2所示，图2