申請(qǐng)日2016.05.04
公開(公告)日2016.07.20
IPC分類號(hào)B01J20/24; B01J20/28; B01J20/30; C02F1/28; C02F1/62
摘要
本發(fā)明涉及一種磁性厭氧顆粒污泥?殼聚糖吸附劑的制備及應(yīng)用，本發(fā)明將殼聚糖溶解在水和冰醋酸的混合溶液中，加入Fe3O4攪拌一段時(shí)間后再加入?yún)捬躅w粒污泥繼續(xù)攪拌，產(chǎn)物用石油醚、乙醇和去離子水依次洗滌，直到pH為中性，得到的黑色固體在40～60℃下真空干燥，最后制得磁性厭氧顆粒污泥?殼聚糖吸附劑。本發(fā)明首次將厭氧顆粒污泥、Fe3O4和殼聚糖復(fù)合制備了納米復(fù)合材料磁性厭氧顆粒污泥?殼聚糖吸附劑，方法操作簡單，成本低廉，吸附容量高，吸附劑在外加磁場(chǎng)的作用下容易進(jìn)行固液分離，可重復(fù)利用，能有效處理重金屬廢水，吸附過程不造成二次污染。
權(quán)利要求書
1.一種磁性厭氧顆粒污泥-殼聚糖吸附劑的制備，其特征在于，包括以下步驟：
(1) 將厭氧顆粒污泥在100～110℃下干燥，研磨，60～160目過篩，得到污泥干粉末;
(2) 將0.5～1.5 g FeCl3·6H2O溶解在10～30 mL乙二醇中，然后加入1～5 g NaAc和5～15 mL乙二胺，混合物劇烈攪拌10～50 min后置于反應(yīng)釜中，加熱到200 ˚C并保持6～9 h，冷卻到室溫，得到的Fe3O4用水洗滌多次直至中性;
(3) 將0.1～0.6 g的殼聚糖溶解在水和冰醋酸的混合液中，將混合液在室溫下超聲1～3 h，將0.1～0.5 g的Fe3O4加入到上述混合液中并機(jī)械攪拌1～3 h，加入1～5 mL液體石蠟作為乳化劑，攪拌0.1～1 h后，加入1～5 mL戊二醛，將0.1～0.6 g厭氧顆粒污泥干粉末加到上述混合液并在30～70℃油浴中持續(xù)攪拌1～3 h，混合液pH用1~3 mol/L NaOH調(diào)整在8.0～11.0，并繼續(xù)在70～90℃油浴條件下保持30～90 min，得到的產(chǎn)物用石油醚、乙醇和去離子水依次洗滌，直到pH為中性，得到的黑色固體在40～60℃下真空干燥，最后制得磁性厭氧顆粒污泥-殼聚糖吸附劑。
2.一種磁性厭氧顆粒污泥-殼聚糖吸附劑所用的厭氧顆粒污泥其特征在于，污泥來源于城市污水處理廠厭氧消化池，培養(yǎng)厭氧顆粒污泥的廢水條件為用碳酸氫鈉調(diào)節(jié)pH 6.5~7.5，污泥粒徑為1~3 mm，所用殼聚糖脫乙酰度≥95%。
3.一種磁性厭氧顆粒污泥-殼聚糖吸附劑的制備，其特征在于，用于水中重金屬的去除，步驟如下：
取20~50 mL、40~60 mg/L的重金屬溶液于100mL的錐形瓶中，加入10~30 mg的磁性厭氧顆粒污泥-殼聚糖吸附劑，20~40 ℃下放在搖床中振蕩1~5 h，取出混合液，用外加磁場(chǎng)進(jìn)行固液分離，采用顯色法測(cè)量溶液中重金屬離子濃度，取上清液用紫外分光光度計(jì)測(cè)量吸光度，計(jì)算重金屬去除率。
4.一種磁性厭氧顆粒污泥-殼聚糖吸附劑的制備，其特征在于，重金屬選自下列之一：銅、鉛、汞、鎳。
說明書
一種磁性厭氧顆粒污泥-殼聚糖吸附劑的制備及應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種磁性厭氧顆粒污泥-殼聚糖吸附劑的制備及應(yīng)用，適用于重金屬離子的去除，屬于污水處理技術(shù)，廢物資源化利用領(lǐng)域。
背景技術(shù)
近年來，工業(yè)化的快速發(fā)展引發(fā)了多起全球關(guān)注的重金屬中毒事件，其中比較著名的包括由鎘污染造成的痛痛病以及汞污染引發(fā)的水俁病。采礦廠、金屬冶煉廠、電鍍廠等工廠在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中重金屬排放量較大。此外，醫(yī)藥制造過程農(nóng)藥制造過程也會(huì)排放含重金屬的廢水，造紙廠和制革廠的部門設(shè)施也會(huì)排放少量重金屬廢水。重金屬化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，生物可降解性低，具有致癌、致疾、致突變作用。某些重金屬可以迅速和人體中的蛋白質(zhì)及各種酶發(fā)生作用抑制酶的活性或者使其失活，嚴(yán)重危害到人們的身體健康。因此，水環(huán)境中重金屬污染的去除是現(xiàn)今亟待解決的重大問題。
污泥是由水和污水處理過程中產(chǎn)生的固體沉淀物質(zhì)，是一種由有機(jī)殘片、細(xì)菌菌體、無機(jī)顆粒膠體等組成的極其復(fù)雜的非均質(zhì)體。其具有較高的比表面積和豐富的官能團(tuán)，具有很強(qiáng)的選擇吸附能力，其效果明顯，操作簡單。因此利用污泥去除污水中的重金屬，從效率和資源化利用方面都具有很好的應(yīng)用前景。厭氧顆粒污泥是由產(chǎn)甲烷菌、產(chǎn)乙烷菌和水解發(fā)酵菌通過自凝聚作用形成的具有規(guī)則結(jié)構(gòu)的顆粒狀微生物聚合體。利用污泥進(jìn)行新一代的污水生物處理技術(shù)一直是國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)問題。殼聚糖又稱脫乙酰甲殼素，是由自然界廣泛存在的幾丁質(zhì)經(jīng)過脫乙酰作用得到的。在醫(yī)藥、食品、化工、化妝品、水處理、金屬提取及回收、生化和生物醫(yī)學(xué)工程等諸多領(lǐng)域的應(yīng)用研究取得了重大進(jìn)展。本發(fā)明首次將厭氧顆粒污泥、Fe3O4和殼聚糖復(fù)合制得磁性厭氧顆粒污泥-殼聚糖吸附劑，該方法簡單易行，原料來源廣泛，能有效處理重金屬廢水，吸附過程不造成二次污染，吸附后在外加磁場(chǎng)的作用下即可進(jìn)行固液分離，再生后的吸附劑可循環(huán)利用。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種磁性厭氧顆粒污泥-殼聚糖吸附劑的制備方法。本發(fā)明的目的還在于提供一種磁性厭氧顆粒污泥-殼聚糖去除水中重金屬的方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
1. 一種磁性厭氧顆粒污泥-殼聚糖吸附劑的制備，其特征在于，包括以下步驟：
(1) 將厭氧顆粒污泥在100～110℃下干燥，研磨，60～160目過篩，得到污泥干粉末;
(2) 將0.5～1.5 g FeCl3·6H2O溶解在10～30 mL乙二醇中，然后加入1～5 g NaAc和5～15 mL乙二胺，混合物劇烈攪拌10～50 min后置于反應(yīng)釜中，加熱到200 ˚C并保持6～9 h，冷卻到室溫，得到的Fe3O4用水洗滌多次直至中性;
(3) 將0.1～0.6 g的殼聚糖溶解在水和冰醋酸的混合液中，將混合液在室溫下超聲1～3 h，將0.1～0.5 g的Fe3O4加入到上述混合液中并機(jī)械攪拌1～3 h，加入1～5 mL液體石蠟作為乳化劑，攪拌0.1～1 h后，加入1～5 mL戊二醛，將0.1～0.6 g厭氧顆粒污泥干粉末加到上述混合液并在30～70℃油浴中持續(xù)攪拌1～3 h，混合液pH用1~3 mol/L NaOH調(diào)整在8.0～11.0，并繼續(xù)在70～90℃油浴條件下保持30～90 min。得到的產(chǎn)物用石油醚、乙醇和去離子水依次洗滌，直到pH為中性，得到的黑色固體在40～60℃下真空干燥，最后制得磁性厭氧顆粒污泥-殼聚糖吸附劑。
一種磁性厭氧顆粒污泥-殼聚糖吸附劑所用的厭氧顆粒污泥其特征在于，污泥來源于城市污水處理廠厭氧消化池，培養(yǎng)厭氧顆粒污泥的廢水條件為用碳酸氫鈉調(diào)節(jié)pH 6.5~7.5，污泥粒徑為1~3 mm，所用殼聚糖脫乙酰度≥95%。
一種磁性厭氧顆粒污泥-殼聚糖吸附劑的制備，其特征在于，用于水中重金屬的去除，步驟如下：
取20~50 mL、40~60 mg/L的重金屬溶液于100mL的錐形瓶中，加入10~30 mg的磁性厭氧顆粒污泥-殼聚糖吸附劑，20~40 ℃下放在搖床中振蕩1~5 h，取出混合液，用外加磁場(chǎng)進(jìn)行固液分離，采用顯色法測(cè)量溶液中重金屬離子濃度，取上清液用紫外分光光度計(jì)測(cè)量吸光度，計(jì)算重金屬去除率。
磁性厭氧顆粒污泥-殼聚糖吸附劑的制備，其特征在于，重金屬選自下列之一：銅、鉛、汞、鎳。
本發(fā)明的有益成果
1. 本發(fā)明中磁性厭氧顆粒污泥-殼聚糖吸附劑在去除重金屬離子的過程中操作簡單，成本低廉;
2. 本發(fā)明中磁性厭氧顆粒污泥-殼聚糖吸附劑的合成過程簡單，環(huán)境友好，吸附劑容易回收利用;
3. 本發(fā)明首次將厭氧污泥、Fe3O4和殼聚糖交聯(lián)制備的磁性厭氧顆粒污泥-殼聚糖作為吸附劑，對(duì)重金屬離子有明顯去除效果。
實(shí)施例1 一種磁性厭氧顆粒污泥-殼聚糖吸附劑的制備方法
(1) 將厭氧顆粒污泥在105 ℃下干燥，研磨，80目過篩，得到污泥干粉末;
(2) 將0.5 g FeCl3·6H2O溶解在10 mL乙二醇中，然后加入1g NaAc和5 mL乙二胺，混合物劇烈攪拌20 min然后置于反應(yīng)釜中，加熱到200 ˚C并保持6 h，冷卻到室溫，得到的Fe3O4用水洗滌多次直至中性;
(3) 將0.1 g的殼聚糖溶解在水和冰醋酸的混合液中，將混合液在室溫下超聲1 h，將0.1 g的Fe3O4加入到上述混合液中并機(jī)械攪拌1 h，加入2 mL液體石蠟作為乳化劑，攪拌0.5 h后，加入2 mL戊二醛，將0.1 g的厭氧顆粒污泥干粉末加到上述混合液并在40℃油浴中持續(xù)攪拌1 h，混合液pH用1 mol/L NaOH調(diào)整在8.0，并繼續(xù)在70℃油浴條件下保持40 min，得到的產(chǎn)物用石油醚、乙醇和去離子水依次洗滌，直到pH為中性，得到的黑色固體在40℃下真空干燥，最后制得磁性厭氧顆粒污泥-殼聚糖吸附劑。
實(shí)施例2 一種磁性厭氧顆粒污泥-殼聚糖吸附劑的制備方法
(1) 將厭氧顆粒污泥在110 ℃下干燥，研磨，90目過篩，得到污泥干粉末;
(2) 將0.8 g FeCl3·6H2O溶解在20 mL乙二醇中，加入2 g NaAc和8 mL乙二胺，混合物劇烈攪拌30 min然后置于反應(yīng)釜中，加熱到200 ˚C并保持7 h，冷卻到室溫，得到的Fe3O4用水洗滌多次直至中性;
(3) 將0.3 g的殼聚糖溶解在水和冰醋酸的混合液中，將混合液在室溫下超聲2 h，將0.3 g的Fe3O4加入到上述混合液中并機(jī)械攪拌2 h，加入3 mL液體石蠟作為乳化劑，0.8 h后，加入3 mL戊二醛，將0.3 g的厭氧顆粒污泥干粉末加到上述混合液并在60℃油浴中持續(xù)攪拌2 h，混合液pH用2 mol/L NaOH調(diào)整在9.0，并繼續(xù)在80℃油浴條件下保持50 min，得到的產(chǎn)物用石油醚、乙醇和去離子水依次洗滌，直到pH為中性，得到的黑色固體在50℃下真空干燥，最后制得磁性厭氧顆粒污泥-殼聚糖吸附劑。
實(shí)施例3 一種磁性厭氧污泥-殼聚糖吸附劑的制備方法
(1) 將厭氧顆粒污泥在110 ℃下干燥，研磨，100目過篩，得到污泥干粉末;
(2) 將1 g FeCl3·6H2O溶解在30 mL乙二醇中，加入3 g NaAc和10 mL乙二胺，混合物劇烈攪拌40 min然后置于反應(yīng)釜中，加熱到200 ˚C并保持8 h，冷卻到室溫，得到的Fe3O4用水洗滌多次直至中性;
(3) 將0.5 g的殼聚糖溶解在水和冰醋酸的混合液中，將混合液在室溫下超聲3 h，將0.5 g的Fe3O4加入到上述混合液中并機(jī)械攪拌3 h，加入5 mL液體石蠟作為乳化劑，攪拌1 h后，加入5 mL戊二醛，將0.5 g的厭氧顆粒污泥干粉末加到上述混合液并在70℃油浴中持續(xù)攪拌3 h，混合液pH用3 mol/L NaOH調(diào)整在10.0，并繼續(xù)在90℃油浴條件下保持60 min，得到的產(chǎn)物用石油醚、乙醇和去離子水依次洗滌，直到pH為中性，得到的黑色固體在60℃下真空干燥，最后制得磁性厭氧顆粒污泥-殼聚糖吸附劑。
實(shí)施例4 重金屬離子銅的去除
取30 mL、40 mg/L的銅溶液于100 mL的錐形瓶中，加入8 mg的磁性厭氧顆粒污泥-殼聚糖吸附劑，20 ℃下放在搖床中振蕩4 h，取出混合液，用強(qiáng)力磁鐵進(jìn)行分離，取上清液用分光光度計(jì)測(cè)量吸光度，計(jì)算得銅離子去除率為96.2%，吸附量為83.1 mg/g。
實(shí)施例5 鉛離子的去除
取30 mL、45 mg/L的鉛離子溶液于100 mL的錐形瓶中，加入10 mg的磁性厭氧顆粒污泥-殼聚糖吸附劑，25 ℃下放在搖床中振蕩5 h，取出混合液，用強(qiáng)力磁鐵進(jìn)行分離，取上清液用分光光度計(jì)測(cè)量吸光度，計(jì)算鉛離子去除率為92.5%，吸附量為97.9 mg/g。
實(shí)施例6 汞離子的去除
取40 mL、55 mg/L的汞離子溶液于100 mL的錐形瓶中，加入12 mg的磁性厭氧顆粒污泥-殼聚糖吸附劑，35 ℃下放在搖床中振蕩1.5 h，取出混合液，離心，取上清液用分光光度計(jì)測(cè)量吸光度，計(jì)算汞離子去除率為94.3%，吸附量為93.5 mg/g。
實(shí)施例7 鎳離子去除
取45 mL、60 mg/L的鎳離子溶液于100 mL的錐形瓶中，加入14 mg的磁性厭氧顆粒污泥-殼聚糖吸附劑，40 ℃下放在搖床中振蕩2 h，取出混合液，離心，取上清液用分光光度計(jì)測(cè)量吸光度，計(jì)算鎳離子去除率為93.3%，吸附量為90.6 mg/g。
