笋壳、笋头,提取过活性成分的竹笋、笋壳、笋头,加工过程中产生的竹笋废弃物;竹笋废弃物的主要成分是纤维素,纤维素含的大量活性官能团可以吸附各种合成染料。所述柚子皮包括柚子皮,提取过活性成分的柚子皮;柚子皮及白色絮状内层含有丰富的纤维素、半纤维素、木质素、果胶和多糖等物质,总纤维含量(73.8%)比果皮(6.05%)、稻壳(53.58%)等农副产品废弃物高,这些成分表面含有大量的活性官能团,例如羟基和羧基,极易吸附废水中的染料。所述茶叶渣包括冲泡过的茶叶,变质、发霉不能饮用的茶叶,提取过活性成分的茶叶,加工过程中产生的茶叶废弃物;茶叶渣是一种具有网状结构、多孔、表面积很大的吸附剂,可以有效吸附废水中的染料,茶叶渣最主要的组成成分之一茶叶膳食纤维,尤其是水不溶性膳食纤维,主要包括纤维素、半纤维素、木质素等,是茶叶渣吸附染料的主要活性成分,茶叶渣还有天然的除菌功效,在吸附废水中染料的同时可以除去废水中的大部分细菌,更加有效地处理废水。本发明所用原料来源广泛,成本低廉,实现了废物资源化,通过食用菌废弃物、竹笋废弃物、柚子皮、茶叶渣的有机结合与协同作用,有效提高了生物吸附剂的吸附率。
[0025]本发明还提供了上述处理染料废水的生物吸附剂的制备方法,包括以下步骤:
1)将35~40重量份的食用菌废弃物、22~30重量份的竹笋废弃物、20~25重量份的柚子皮、5~12重量份的茶叶渣用蒸馏水清洗干净,然后干燥、粉碎,过20~40目筛,得到生物质材料粗粉;
2)在步骤I)得到的生物质材料粗粉中加入浓度为0.5?5mol/L的碱溶液,搅拌36~48h,过滤得到活化产物;
3)将步骤2)得到的活化产物用蒸馏水洗至中性,干燥,加入浓度为0.5-0.8mol/L的柠檬酸溶液,浸泡12~18h,然后在70~75°C下搅拌3~5h,过滤得到改性产物;
4)将步骤3)得到的改性产物用蒸馏水洗至中性,干燥,然后加入体积分数为35~40%的醇溶液,浸泡24~48h,超声波辅助处理,过滤得到产物;
5)将步骤4)得到的产物用蒸馏水清洗至中性,干燥、粉碎即得处理染料废水的生物吸附剂。
[0026]在步骤I)中,所述干燥可采用真空干燥,所述粉碎可采用常规粉碎机粉碎。
[0027]在步骤2)中,所述碱溶液优选为氢氧化钠或氢氧化钾,所述生物质材料粗粉与碱溶液的质量体积比优选为10~50g/L,通过对生物质材料的活化及化学改性,能够较大程度地破坏生物质材料原有的致密结构,暴露出更多的活性基团,增强吸附性能。
[0028]在步骤3)中,所述活化产物与柠檬酸溶液的质量体积比优选为15~20g/L,柠檬酸是一种三羧酸类化合物,性质优良、廉价易得,柠檬酸改性可有效提高生物吸附剂对染料分子的吸附效果。
[0029]在步骤4)中,所述醇溶液优选为甲醇、乙醇、正丙醇或异丙醇中的任意一种,所述改性产物与醇溶液的质量体积比优选为5~30g/L,醇溶液浸泡可以有效去除改性产物中的一些易溶解出来的成分,避免二次污染。所述超声波辅助处理工艺条件优选为:超声频率20~30kHz,功率300~500W,时间30~50min,重复3次,每次间隔10~15min,超声波可以增大物质分子运动频率和速度,有效缩短溶解时间,增强溶解效果。
[0030]在步骤5)中,所述粉碎是经超微粉碎机粉碎,粉碎后生物吸附剂的粒径优选为10-75 μ m,超微粉碎后生物吸附剂粒径小,比表面积大,与污水接触面积大,反应的位点多,吸附效果更显著。
[0031]柠檬酸改性后的食用菌废弃物、竹笋废弃物、柚子皮和茶叶渣,活性基团增加,各个原料协同增效,提高了生物吸附剂的吸附容量。本发明制备得到的生物吸附剂,有相对较宽的pH范围,吸附温度适中,尤其适用于处理染料废水。
[0032]本发明还提供了上述处理染料废水的生物吸附剂的应用,包括以下步骤:配制浓度为0.05~lg/L的染料水溶液,加入所述生物吸附剂,然后进行振荡反应,过滤分离,完成对染料水溶液的吸附去除。
[0033]所述生物吸附剂加入量与染料溶液的质量体积比优选为5~15g/L。
[0034]所述振荡反应的条件优选为:振荡反应pH为2~10,振荡反应温度为20~50°C,振荡反应时间为4~6h,振荡反应转速为150~170rpm。
[0035]本发明处理染料废水的方法操作工艺简单、处理效率高,不仅解决了环境污染的问题,还实现了废物资源化,达到了 “以废治废”的目的。
[0036]因此,以农林废弃物为原料制备生物吸附剂,不仅可获得在染料废水处理方面有应用前景的新型生物吸附剂,健康、安全、环保,符合生态环境可持续发展需求,且可大大提高吸附效果,降低废水处理成本,也解决了农林废弃物产生的垃圾问题,为我国农林副产品找到出路,提高了农林产品的经济价值。
[0037]下面通过具体实施例,使本领域技术人员可以实施。
[0038]实施例1
一种处理染料废水的生物吸附剂的制备方法及其应用,包括以下步骤:
1)将35重量份的食用菌废弃物、22重量份的竹笋废弃物、20重量份的柚子皮、5重量份的茶叶渣用蒸馏水清洗干净,然后干燥、粉碎,过20~40目筛,得到生物质材料粗粉;
2)在步骤I)得到的生物质材料粗粉中加入浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液,生物质材料粗粉与氢氧化钠溶液的质量体积比为10g/L,搅拌36h,过滤得到活化产物;
3)将步骤2)得到的活化产物用蒸馏水洗至中性,干燥,加入浓度为0.5mol/L的柠檬酸溶液,活化产物与柠檬酸溶液的质量体积比为15g/L,浸泡12h,然后在70°C下搅拌3h,过滤得到改性产物;
4)将步骤3)得到的改性产物用蒸馏水洗至中性,干燥,然后加入体积分数为35%的甲醇溶液,改性产物与甲醇溶液的质量体积比为5g/L,浸泡24h,超声波辅助处理,超声频率20kHz,功率300W,时间30min,重复3次,每次间隔lOmin,过滤得到产物;
5)将步骤4)得到的产物用蒸馏水清洗至中性,干燥后经超微粉碎机粉碎即得粒径为10~75 μπι的处理染料废水的生物吸附剂;
6)配制IL浓度为0.05g/L的亚甲基蓝水溶液,加入5g步骤5)得到的生物吸附剂,然后进行振荡反应,振荡反应PH为2,振荡反应温度为20°C,振荡反应时间为4h,振荡反应转速为150rpm,过滤分离,完成对亚甲基蓝水溶液的吸附去除。
[0039]通过紫外-可见分光光度计检测,得到吸附后滤液的浓度,计算得到其吸附率为82.5%。
[0040]实施例2
一种处理染料废水的生物吸附剂的制备方法及其应用,包括以下步骤:
1)将36重量份的食用菌废弃物、24重量份的竹笋废弃物、22重量份的柚子皮、6重量份的茶叶渣用蒸馏水清洗干净,然后干燥、粉碎,过20~40目筛,得到生物质材料粗粉;
2)在步骤I)得到的生物质材料粗粉中加入浓度为lmol/L的氢氧化钾溶液,生物质材料粗粉与氢氧化钾溶液的质量体积比为15g/L,搅拌40h,过滤得到活化产物;
3)将步骤2)得到的活化产物用蒸馏水洗至中性,干燥,加入浓度为0.6mol/L的柠檬酸溶液,活化产物与柠檬酸溶液的质量体积比为16g/L,浸泡14h,然后在72°C下搅拌3.5h,过滤得到改性产物;
4)将步骤3)得到的改性产物用蒸馏水洗至中性,干燥,然后加入体积分数为36%的乙醇溶液,改性产物与乙醇溶液的质量体积比为8g/L,浸泡30h,超声波辅助处理,超声频