本發(fā)明涉及環(huán)境污染
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種多功能生態(tài)環(huán)保型污水吸附劑。
背景技術(shù)：
：水是人類(lèi)生命之源，生存之本，隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，人口的不斷增加，水環(huán)境問(wèn)題卻成了限制人類(lèi)發(fā)展和生存的嚴(yán)重問(wèn)題。水資源缺乏，水質(zhì)惡化這一現(xiàn)象日益嚴(yán)重。隨著工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，特別重金屬污染問(wèn)題日益嚴(yán)重。人為污染主要有電廠排放、煤炭燃燒、冶金、煤礦業(yè)和交通排放等。重金屬污染不僅有損于人體健康，還會(huì)影響兒童的智力成長(zhǎng)。目前，對(duì)于水污染的處理方法主要是化學(xué)處理法，即通過(guò)投放藥物處理水污染物。由于水體污染物種類(lèi)多且混雜，而現(xiàn)在主要使用的水處理劑功能單一，因此必須在水處理系統(tǒng)中分別投加絮凝劑、緩蝕劑、殺菌劑等多種藥劑、處理工藝流程復(fù)雜。設(shè)備多，操作過(guò)程繁雜，藥劑投加量大，而且多種試劑之間會(huì)通過(guò)各種化學(xué)反應(yīng)相互抵抗，致使藥效降低，對(duì)重金屬離子的吸附能力差。因此，尋找有效的污水凈化途徑以實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種多功能生態(tài)環(huán)保型污水吸附劑及制備方法。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，該吸附劑是由玉米秸稈和松木末制成。制備方法：將玉米秸稈用清水洗滌后，放入烘箱中，在60-100℃下烘干至水分≤5.0％，再粉碎至60-100目后與干凈的松木末按重量比1∶1混合，加入占混合后物料總重量22-28％的清水，再加入占混合后物料總重量1.8-2.4％的水解酶，均勻混合后放入密閉容器中，控制密閉容器中的溫度為30-40℃，酶解16小時(shí)后，收集酶解后的物料用清水洗滌，用離心機(jī)脫水，放入干燥箱中，在80℃下烘干至水分≤4.0％，收集烘干后的物料置于碳化爐中，在通入氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下，升溫至300-360℃，進(jìn)行熱解炭化反應(yīng)，保溫40min后，以15℃/min的升溫速度，升溫至700-780℃保溫1h，停止通氮?dú)猓賹囟纫?0℃/min的速率降溫至300℃，保溫半小時(shí)，加熱爐自然冷卻后，得本發(fā)明生物質(zhì)炭，將本發(fā)明生物質(zhì)炭浸入生物質(zhì)液中20h后干燥，加工至直徑0.2-0.5mm的顆粒得本發(fā)明吸附劑。以玉米秸稈和松木末制備的生物質(zhì)吸附劑比表面積和孔體積雖然隨著裂解溫度的升高而升高，但當(dāng)升溫至300-360℃時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)其熱解炭化時(shí)的比表面積和孔結(jié)構(gòu)變化不大，主要由于松木末中含有焦油不斷溢出將微孔封堵，使其比表面積、總孔體積和微孔孔容變化不大所致。并觀察到有白煙冒出，經(jīng)分析主要為水蒸氣，此前為炭化的干燥階段。需要保溫40min，為焦油和水蒸氣全部溢出提供了足夠的時(shí)間，同時(shí)溢出的焦油具有很好的粘性和延展性，在焦油的作用下使兩種物料有足夠的時(shí)間緊密結(jié)合，為下一步高溫?zé)峤鈺r(shí)微孔的膨脹變大和微孔數(shù)量的增加提供了有利條件；當(dāng)保溫40min后，水蒸氣全部溢出，煙氣由白色轉(zhuǎn)黃色，主要是因?yàn)樵弦迅稍锿?，開(kāi)始進(jìn)入了預(yù)炭化階段。大量實(shí)踐證明，以15℃/min的升溫速度升溫制得的吸附劑比表面積、總孔體積較好，如果升溫速度過(guò)快，得到的吸附劑裂紋現(xiàn)象嚴(yán)重，內(nèi)部微孔不能最大限度的膨脹擴(kuò)大，產(chǎn)生的微孔數(shù)量較少，膨大后的孔隙結(jié)構(gòu)不夠均勻；升溫速度過(guò)慢影響生產(chǎn)率，增加生產(chǎn)費(fèi)用。升溫至740℃保溫1h可得到理想的吸附劑，如果溫度過(guò)高保溫時(shí)間太長(zhǎng)，吸附劑的產(chǎn)率降低，灰分含量上升，隨著裂解溫度的升高，吸附劑的官能團(tuán)總量逐漸減少；如果溫度過(guò)低保溫時(shí)間太短，得到的吸附劑比表面積、總孔體積和微孔孔容較小，達(dá)不到理想的使用效果。再將溫度以10℃/min的速率降溫至300℃，保溫半小時(shí)，因?yàn)槲锪显?40℃時(shí)，充分反應(yīng)形成較大的孔隙結(jié)構(gòu)，炭化完全，物料中的孔容得到充分的擴(kuò)張，此時(shí)，應(yīng)緩慢降溫，以防熱脹冷縮使剛形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)坍塌。保溫半小時(shí)，使物料暫停冷縮，可使網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)得到穩(wěn)固。作為一種優(yōu)選，玉米秸稈與松木末按重量比1∶1的比例混合，如果松木末含量過(guò)高，將產(chǎn)生過(guò)多的焦油阻塞內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)，使的總孔體積較小，如果松木末含量過(guò)低，產(chǎn)生的松油較少，兩物質(zhì)間結(jié)合不夠牢固，微孔數(shù)量少也不能最大限度的膨脹擴(kuò)大，總孔體積較小。所述生物質(zhì)液是由紅辣蓼550g、紅半邊蓮650g、赤脛散700g、博落回650g、了哥王700g加入250l水，先以武火煮沸后，改用文火加熱1h過(guò)濾制得。本發(fā)明的有益效果：由于采用上述方法處理污水，不但經(jīng)濟(jì)環(huán)保，而且本發(fā)明的生物質(zhì)炭中含有松木油，表面圓粘，便于對(duì)有害物質(zhì)的吸附，經(jīng)過(guò)特殊的加工工藝，使活性炭比表面積和孔容增大，對(duì)重金屬吸附性好；通過(guò)生物質(zhì)液浸泡后，具有良好的殺蟲(chóng)除菌功能。吸附試驗(yàn)1、在8-20℃時(shí)，取0.8g本發(fā)明的吸附劑投于50ml40mg·l-1的cr6+溶液中，溶液的ph值在4-8之間，本發(fā)明的吸附劑對(duì)cr6+的去除率隨吸附時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸升高。在開(kāi)始的20min內(nèi)，cr6+的去除率隨時(shí)間的延長(zhǎng)而快速升高，在30min時(shí)，cr6+的去除率就達(dá)到了77.89％；隨后上升趨勢(shì)變緩，在90min時(shí)，cr6+的去除率達(dá)到98.87％，隨后基本保持穩(wěn)定，說(shuō)明吸附達(dá)到平衡，因此吸附90min是最佳的吸附時(shí)間。在8-20℃時(shí)，取0.8g本發(fā)明的吸附劑投于50ml40mg·l-1的cr6+溶液中，吸附時(shí)間為90min，研究溶液的ph值對(duì)本發(fā)明的吸附劑去除cr6+的影響。隨著溶液ph值的增大或減小，吸附劑對(duì)cr6+的去除率變化緩慢。當(dāng)ph值在4-5時(shí)，cr6+的去除率保持在較高的水平，因?yàn)槿芤褐械你t主要以hcro4-、cr2o42-形式存在，吸附劑表面功能基團(tuán)氨基、羥基接受質(zhì)子h+，形成正電性的-nh3+、-oh2+吸附中心，通過(guò)靜電作用，鉻陰離子可被正電吸附中心所吸附；隨著溶液ph值的增大，雖然鉻仍然以hcro4-、cr2o42-形式存在，但是吸附劑表面正電吸附中心數(shù)目卻在減少，導(dǎo)致對(duì)鉻陰離子吸附量的減小，最終降低了鉻的去除率?？梢?jiàn)，要使鉻的去除率達(dá)到較高的程度，應(yīng)控制溶液的ph值4-5之間。將本發(fā)明的吸附劑投于8-20℃、50ml40mg·l-1的鉻溶液中，控制溶液的ph值為4-5之間，隨著吸附劑用量的增加，鉻的去除率逐漸上升。吸附劑量的增加不但增大了吸附表面積，也增加了參與吸附官能團(tuán)的數(shù)目。當(dāng)吸附劑用量大于0.8g時(shí)，鉻的去除率基本穩(wěn)定，說(shuō)明吸附處于平衡狀態(tài)，無(wú)需再增加吸附劑量。取0.8g本發(fā)明的吸附劑投于8-20℃、50ml40mg·l-1的cr6+溶液中，控制溶液的ph值為4-5之間，8℃以下時(shí)，吸附劑對(duì)鉻的去除率有所上升，但是升幅不大；在8-20℃時(shí)，鉻的去除率上升顯著。這可能是因?yàn)槿芤旱臏囟壬邥r(shí)，有利于化學(xué)吸附克服活化能的障礙，加快了粒子內(nèi)擴(kuò)散速度，并產(chǎn)生了一些新的吸附位點(diǎn)，從而提高了鉻的去除率。當(dāng)溫度高于20℃時(shí)，鉻的去除率升高緩慢，為降低成本，溫度控制在20℃以下為宜。作為一種優(yōu)選，取0.8g本發(fā)明的吸附劑投于14℃，50ml40mg·l-1的cr6+溶液中，控制溶液的ph值為4.5，取得了理想的去除效果。2、在溫度為8-24℃，pb2+的初始濃度為100mg/l，溶液ph值為6，吸附時(shí)間15min，改變本發(fā)明吸附劑投加量為0.05、0.1、0.2、0.3、0.5、1、2和3g/l，考察本發(fā)明吸附劑用量對(duì)pb2+的去除作用，結(jié)果本發(fā)明吸附劑投加量為0.05-0.2g/l時(shí)，pb2+“的去除率隨著用量的增加迅速升高；投加量在0.2-1g/l時(shí)，pb2+的去除率增加緩慢；投加量在1g/l之后，pb2+的去除率不再增加。投加量為1g/l時(shí)，pb2+的去除率達(dá)99％以上，吸附反應(yīng)趨于平衡。因此，以下實(shí)驗(yàn)選擇本發(fā)明吸附劑用量為1g/l。在20℃條件下，對(duì)初始濃度為100mg/l的pb2+溶液10ml，ph值為6，加入0.01g本發(fā)明的吸附劑，考察不同吸附時(shí)間對(duì)pb2+的效果。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知對(duì)pb2+吸附速率較快，0-10min內(nèi)pb的去除率變化顯著；10min后本發(fā)明的吸附劑對(duì)pb2+的去除效果變化不顯著，吸附10min時(shí)pb2+的去除率為99.1％以上。吸附時(shí)間為15min時(shí)，去除率接近99.4％。15min之后，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，pb的去除率不再增加，說(shuō)明吸附已達(dá)到平衡。依照吸附實(shí)驗(yàn)方法，用0.5mol/lhcl溶液和0.5mol/lnaoh溶液調(diào)節(jié)pb溶液ph值在5-7范圍內(nèi)，在溫度20℃，吸附時(shí)間20min的條件下考察本發(fā)明的吸附劑對(duì)100mg/l的pb溶液的去除率。當(dāng)溶液ph值為3時(shí)，本發(fā)明的吸附劑對(duì)pb的去除率接近98.3％；當(dāng)溶液ph值為5-7時(shí)，pb的去除率接近99.5％；ph值大于7時(shí)，溶液中的pb2+與oh-相互作用，pb2+以pb(oh)2沉淀形式析出。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本發(fā)明的吸附劑對(duì)水中pb2+的吸附具有很強(qiáng)的ph適應(yīng)性。ph值為5-7時(shí)，對(duì)pb的吸附效果最好。對(duì)初始濃度100mg/l的pb2+溶液10ml，加入0.01g本發(fā)明的吸附劑，在溫度為8、16、24℃的條件下振蕩吸附15min，溫度從8℃升至24℃，pb2+的去除率有所增大；16-24℃時(shí)pb去除率較高，當(dāng)溫度高出24℃時(shí)去除率開(kāi)始降低，40℃時(shí)的去除率降為92.5％?？赡苁且?yàn)闇囟鹊纳咴黾恿藀b的活性，本發(fā)明的吸附劑吸附的pb又被取代下來(lái)，重新進(jìn)入溶液中。總體來(lái)看，利用本發(fā)明的吸附劑處理含pb2+廢水可以在常溫下進(jìn)行，這更有利于實(shí)際的應(yīng)用。作為一種優(yōu)選，本發(fā)明的吸附劑對(duì)pb2+具有良好的吸附性能。在溫度為24℃，廢水ph為6，0.01g本發(fā)明吸附劑對(duì)100mg/l的pb2+溶液10ml吸附15min，pb2+的去除率可達(dá)99％以上。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)1、清潔級(jí)健康sd大鼠45只，體質(zhì)量(206±8)g，雌雄各半，用作毒理實(shí)驗(yàn)，喂以普通飼料，普通飲水。室溫控制在(20±5)℃，濕度(51±3)％，自然光照。2、隨機(jī)分為3組，防治組、觀察組和對(duì)照組。觀察組飲用超標(biāo)的污水，對(duì)照組飲用正常用水，防治組飲用經(jīng)過(guò)本發(fā)明吸附劑及吸附方法處理過(guò)的超標(biāo)污水。3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果喂養(yǎng)半年后，防治組、對(duì)照組大鼠的外觀、毛色，社會(huì)行為、刺激性等和對(duì)周?chē)h(huán)境、食物、水的興趣等比較差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p＞0.05)。兩組大鼠實(shí)驗(yàn)后體質(zhì)量均較本組實(shí)驗(yàn)前增加(p＜0.05)，但兩組實(shí)驗(yàn)后體質(zhì)量比較差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p＞0.05)，兩組大鼠實(shí)驗(yàn)后血液細(xì)胞學(xué)指標(biāo)、血液生化學(xué)指標(biāo)、重要臟器系數(shù)比較差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p＞0.05)。兩組大鼠處死后重要臟器行病理切片染色檢查，he染色。防治組大鼠臟器組織結(jié)構(gòu)排列有序，細(xì)胞大小、形態(tài)正常，胞漿、胞核染色清晰，與正常對(duì)照組比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p＞0.05)。而觀察組出現(xiàn)半數(shù)死亡，半數(shù)出現(xiàn)不同的病狀，經(jīng)過(guò)解剖研究，因長(zhǎng)期飲用嚴(yán)重超標(biāo)的污水所致。農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)1、挑選均勻一致的番茄苗，移植到塑料盆中，共90盆，每盆4株，隨機(jī)分為3組，防治組、觀察組和對(duì)照組。觀察組使用嚴(yán)重超標(biāo)的污水澆灌，對(duì)照組使用正常用水澆灌，防治組使用經(jīng)過(guò)本發(fā)明吸附劑及吸附方法處理過(guò)的嚴(yán)重超標(biāo)的污水澆灌。其他方面各盆番茄管理一致，成熟時(shí)收獲，收獲時(shí)測(cè)定每盆土壤重金屬含量以及收獲后番茄內(nèi)重金屬含量。2、采用火焰原子吸收光譜法，對(duì)土壤中幾種重金屬的檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)下表。組別pb(mg/kg)cd(mg/kg)cr(mg/kg)as(mg/kg)防治組180.08118觀察組1080.3223217對(duì)照組240.1119103、采用原子熒光光譜法(afs)，對(duì)采收的番茄中幾種重金屬的檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)下表。組別pb(mg/kg)cd(mg/kg)cr(mg/kg)as(mg/kg)防治組0.10.040.10.2觀察組0.90.181.20.8對(duì)照組0.30.090.40.44、收獲時(shí)測(cè)定番茄掛果數(shù)、平均果重、產(chǎn)量及質(zhì)量；并觀察記錄生長(zhǎng)情況。組別平均果重(g)掛果數(shù)發(fā)病率(％)蟲(chóng)害率(％)產(chǎn)量增幅(％)防治組270100030觀察組16053030-40對(duì)照組230815200通過(guò)以上結(jié)果可知，采用本發(fā)明的吸附劑及吸附方法可有效降低污水中重金屬的含量，有效降低農(nóng)作物的發(fā)病率和蟲(chóng)害率，還能提高質(zhì)量、產(chǎn)量，值得推廣應(yīng)用。具體實(shí)施方式本發(fā)明吸附劑是由玉米秸稈和松木末制成；將玉米秸稈用清水洗滌后，放入烘箱中，在80℃下烘干至水分≤5.0％，再粉碎至80目后與干凈的松木末按重量比1∶1混合，加入占混合后物料總重量25％的清水，再加入占混合后物料總重量2.1％的水解酶，均勻混合后放入密閉容器中，控制密閉容器中的溫度為35℃，酶解16小時(shí)后，收集酶解后的物料用清水洗滌，用離心機(jī)脫水，放入干燥箱中，在80℃下烘干至水分≤4.0％，收集烘干后的物料置于碳化爐中，在通入氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下，升溫至330℃，進(jìn)行熱解炭化反應(yīng)，保溫40min后，以15℃/min的升溫速度，升溫至740℃保溫1h，停止通氮?dú)猓賹囟纫?0℃/min的速率降溫至300℃，保溫半小時(shí)，加熱爐自然冷卻后，得本發(fā)明生物質(zhì)炭，將本發(fā)明生物質(zhì)炭浸入由紅辣蓼550g、紅半邊蓮650g、赤脛散700g、博落回650g、了哥王700g加入250l水制成的生物質(zhì)液中20h，后經(jīng)干燥，加工至直徑0.2-0.5mm的顆粒得本發(fā)明吸附劑；取0.8g本發(fā)明的吸附劑投于14℃，50ml40mg·l-1的cr6+溶液中，控制溶液的ph值為4.5，吸附90min，cr6+的去除率達(dá)到98.87％；本發(fā)明的吸附劑對(duì)pb2+具有良好的吸附性能，在溫度為24℃，廢水ph為6，0.01g本發(fā)明吸附劑對(duì)100mg/l的pb2+溶液10ml吸附15min，pb2+的去除率可達(dá)99％以上。當(dāng)前第1頁(yè)12