專利名稱：一種蒲草基水處理材料的制備方法及其應用的制作方法
技術領域：
本發明屬于水處理材料技術領域，具體涉及一種蒲草基水處理材料的制備方法及其在處理含鉛廢水中的應用。
背景技術：
蒲草，學名是Typha orientalis Presl,多自生在水邊或池沼內，在華東、華南地區分布廣泛。蒲草的用途包括(I)用于點綴園林水池、湖畔，構筑水景；(2)為制造人造棉及紙張之材料；(3)編織草席、草鞋、草帽等傳統用具的重要材料。含鉛廢水來自各種電池車間、選礦廠、石油化工廠等。電池工業是含鉛廢水的最主要來源，每生產I個電池至少造成鉛流失4. 54mg，其次是石油工業生產汽油添加劑。盡管鉛不如銅、鎘常見，但它卻是廢水中的普通組分，尤其是電池廠在生產過程中產生大量含鉛廢水，廢水中鉛含量超出國家標準百倍，對地下水源構成很大威脅，如果不進行處理而任意排放，必然給環境與社會帶來極大的危害。目前含鉛廢水的處理工藝，應用較多、較成熟可靠的技術有離子交換法、沉淀法、吸附法等。其中吸附法是利用吸附劑特殊的物理化學性質，如較高的表面活性、較大的比表面積、特殊的微孔結構等。常用的吸附劑有改性膨潤土、粉煤灰、沸石、陶土、活性炭等。吸附法工藝具有除鉛效率高、成本適中、不造成二次污染的特點，因此具有良好的使用前景，特別是對一些吸附劑的改性之后處理效果更加可觀。將蒲草用于含鉛廢水的處理，主要有兩種方法，一種是將含鉛廢水流過種植蒲草的田地，利用蒲草的根須，對水進行凈化；第二種是將蒲草收割，制成水處理材料，吸附廢水中的鉛離子。第一種方法不但需要占用大片的田地，而且會對土壤造成污染，污染后的土壤修復成本高昂；第二種方法不但可充分利用蒲草的根、莖、葉等制備水處理材料，而且不會對土壤造成污染，加上蒲草為水生植物，材料來源廣泛，因而具有推廣的潛力。將蒲草用于含鉛廢水的處理，據文獻(J. Serb. Chem. Soc. 76 (7) 1037 - 1047(2011))報道，其吸附量為3. 719 mg/g,即每克蒲草可吸附3. 719mg的鉛離子，基本上不具備經濟價值。本發明的創新性在于(1)率先對蒲草進行化學改性，將蒲草表面的羥基替換成吸附鉛離子能力更強的羧基、氨基等。(2)改性后的蒲草材料對鉛離子的吸附量達352. 2mg/g，即每克蒲草可吸附352. 2mg的鉛離子，是未改性蒲草的94. 7倍。(3)將吸附鉛離子的蒲草用簡單酸/堿解吸附，再進行“吸附-解吸附”工藝，可反復循環使用10次，進一步降低了蒲草材料的使用成本。
發明內容
本發明屬于水處理材料領域，涉及一種蒲草基水處理材料的制備方法及其處理含鉛廢水中的應用。本發明提出的制備方法是將天然蒲草化學改性，具體工藝包括蒲草洗凈、烘干、粉碎、化學改性等。本發明制備的水處理材料具有以下優點(1)純天然，可降解；(2)經簡單酸/堿處理，可反復循環使用10次；(3)對水溶液中鉛離子的吸附能力強，是未改性前的94. 7倍。本發明制備的蒲草基水處理材料既可用于水處理廠含鉛離子廢水處理，也可用于家用凈水器，市場前景廣闊。本發明提出的蒲草基水處理材料的制備方法，其特征在于
1)清潔蒲草將蒲草漂洗、烘干；
2)蒲草粉碎將清潔后的蒲草置于粉碎機中，粉碎成粒徑為40、0目的顆粒；
3)化學改性將粉碎后的蒲草顆粒置于改性溶液中廣4小時，取出，置于烘箱中，于10(Tl2(rC烘烤Γ12小時，取出，用去離子水洗凈，干燥，得化學改性的蒲草基水處理材料。其中，改性溶液的溶質為3-氨基丙基三甲氧基硅烷、檸檬酸、酒石酸、蘋果酸中的任意一種；溶劑為甲醇、乙醇、異丙醇或四氫呋喃中的任意一種；改性溶液的質量濃度為O. 1% 5%。
本發明所提出的蒲草基水處理材料，其可以用于含鉛廢水的處理，對水溶液中鉛離子的吸附能力強，是未改性前的94. 7倍，經簡單酸/堿處理，可反復循環使用。本發明所提出的蒲草基水處理材料，其在處理污水中鉛離子時的條件范圍為將改性后的蒲草材料置于含鉛廢水中，調節溶液pH值為5飛，于20°C吸附4小時，吸附完畢，過濾，通過檢測溶液中殘留鉛離子量，得出蒲草材料的鉛離子初次吸附量。將吸附鉛離子的蒲草材料置于濃度為O.1M的氨水溶液中O. 5小時，過濾，洗凈；再置于濃度為O.1M的鹽酸溶液中O. 5小時，過濾，洗凈，烘干，完成解吸附工藝，得再生蒲草材料。將再生蒲草材料置于含鉛廢水中，調節溶液PH值為5飛，于20°C吸附4小時，吸附完畢，過濾，完成第2次吸附。如此10個“吸附-解吸附”循環，檢測第10次蒲草材料的鉛離子吸附量(大于初次吸附量的80%為合格)。
圖1為蒲草基水處理材料的掃描電鏡照片。
具體實施例方式下面通過實施例進一步描述本發明。實施例1
將天然生長的蒲草收割，用自來水洗凈，烘干，將清潔后的蒲草置于粉碎機中，粉碎成粒徑為4(Γ80目的顆粒，將粉碎后的蒲草顆粒置于質量濃度為O. 1%的3-氨基丙基三甲氧基硅烷甲醇溶液中4小時，取出，置于烘箱中，于120°C烘烤4小時，取出，用去離子水洗凈，干燥，得化學改性的蒲草基水處理材料。將O. 03g改性后的蒲草材料置于20ml含鉛廢水中，調節溶液pH值為5. 3，于20°C吸附4小時，鉛廢水中鉛離子的濃度為1000mg/L，吸附完畢，過濾，通過檢測溶液中殘留鉛離子量，得出蒲草材料的鉛離子吸附量為295. lmg/g，即每克蒲草可吸附295.1mg鉛離子。將吸附鉛離子的蒲草材料置于濃度為O.1M的氨水溶液中O. 5小時，過濾，洗凈；再置于濃度為O.1M的鹽酸溶液中O. 5小時，過濾，洗凈，烘干，完成解吸附工藝，得再生的蒲草材料；再將上述再生材料置于含鉛廢水中，進行鉛離子吸附。如此10個循環，蒲草材料的鉛尚子吸附量仍達261. 2mg/g,大于初次吸附量的80%。實施例2將天然生長的蒲草收割，用自來水洗凈，烘干，將清潔后的蒲草置于粉碎機中，粉碎成粒徑為4(Γ80目的顆粒，將粉碎后的蒲草顆粒置于質量濃度為5%的檸檬酸乙醇溶液中I小時，取出，置于烘箱中，于100°C烘烤12小時，取出，用去離子水洗凈，干燥，得化學改性的蒲草基水處理材料。將O. 03g改性后的蒲草材料置于20ml含鉛廢水中，調節溶液pH值為5. 6，于20°C吸附4小時，鉛廢水中鉛離子的濃度為500mg/L，吸附完畢，過濾，通過檢測溶液中殘留鉛離子量，得出蒲草材料的鉛離子吸附量為352. 2mg/g,即每克蒲草可吸附352. 2mg鉛離子。將吸附鉛離子的蒲草材料置于濃度為O.1M的氨水溶液中O. 5小時，過濾，洗凈；再置于濃度為O.1M的鹽酸溶液中O. 5小時，過濾，洗凈，烘干，完成解吸附工藝，得再生的蒲草材料；再將上述再生材料置于含鉛廢水中，進行鉛離子吸附。如此10個循環，蒲草材料的鉛尚子吸附量仍達302. 4mg/g,大于初次吸附量的80%。實施例3
將天然生長的蒲草收割，用自來水洗凈，烘干，將清潔后的蒲草置于粉碎機中，粉碎成粒徑為4(Γ80目的顆粒，將粉碎后的蒲草顆粒置于質量濃度為3%的酒石酸異丙醇溶液中2小時，取出，置于烘箱中，于120°C烘烤8小時，取出，用去離子水洗凈，干燥，得化學改性的蒲草基水處理材料。將O. 03g改性后的蒲草材料置于20ml含鉛廢水中，調節溶液pH值為5. 0，于20°C吸附4小時，鉛廢水中鉛離子的濃度為2000mg/L，吸附完畢，過濾，通過檢測溶液中殘留鉛離子量，得出蒲草材料的鉛離子吸附量為336. 2mg/g，即每克蒲草可吸附336. 2mg鉛離子。將吸附鉛離子的蒲草材料置于濃度為O.1M的氨水溶液中O. 5小時，過濾，洗凈；再置于濃度為O.1M的鹽酸溶液中O. 5小時，過濾，洗凈，烘干，完成解吸附工藝，得再生的蒲草材料；再將上述再生材料置于含鉛廢水中，進行鉛離子吸附。如此10個循環，蒲草材料的鉛離子吸附量仍達289. 4mg/g,大于初次吸附量的80%。實施例4
將天然生長的蒲草收割，用自來水洗凈，烘干，將清潔后的蒲草置于粉碎機中，粉碎成粒徑為4(Γ80目的顆粒，將粉碎后的蒲草顆粒置于質量濃度為1%的蘋果酸四氫呋喃溶液中2小時，取出，置于烘箱中，于100°C烘烤8小時，取出，用去離子水洗凈，干燥，得化學改性的蒲草基水處理材料。將O. 03g改性后的蒲草材料置于20ml含鉛廢水中，調節溶液pH值為6. 0，于20°C吸附4小時，鉛廢水中鉛離子的濃度為200mg/L，吸附完畢，過濾，通過檢測溶液中殘留鉛離子量，得出蒲草材料的鉛離子吸附量為347. 2mg/g,即每克蒲草可吸附347. 2mg鉛離子。將吸附鉛離子的蒲草材料置于濃度為O.1M的氨水溶液中O. 5小時，過濾，洗凈；再置于濃度為O.1M的鹽酸溶液中O. 5小時，過濾，洗凈，烘干，完成解吸附工藝，得再生的蒲草材料；再將上述再生材料置于含鉛廢水中，進行鉛離子吸附。如此10個循環，蒲草材料的鉛尚子吸附量仍達319. 7mg/g,大于初次吸附量的80%。實施例5
將天然生長的蒲草收割，用自來水洗凈，烘干，將清潔后的蒲草置于粉碎機中，粉碎成粒徑為4(Γ80目的顆粒，將粉碎后的蒲草顆粒置于質量濃度為4%的檸檬酸四氫呋喃溶液中
3小時，取出，置于烘箱中，于110°C烘烤6小時，取出，用去離子水洗凈，干燥，得化學改性的蒲草基水處理材料。將O. 03g改性后的蒲草材料置于20ml含鉛廢水中，調節溶液pH值為5. 9，于20°C吸附4小時，鉛廢水中鉛離子的濃度為100mg/L，吸附完畢，過濾，通過檢測溶液中殘留鉛離子量，得出蒲草材料的鉛離子吸附量為312. lmg/g，即每克蒲草可吸附312.1mg鉛離子。將吸附鉛離子的蒲草材料置于濃度為O.1M的氨水溶液中O. 5小時，過濾，洗凈；再置于濃度為O.1M的鹽酸溶液中O. 5小時，過濾，洗凈，烘干，完成解吸附工藝，得再生的蒲草材料；再將上述再生材料置于含鉛廢水中，進行鉛離子吸附。如此10個循環，蒲草材料的鉛尚子吸附量仍達277. 7mg/g,大于初次吸附量的80%。實施例6
將天然生長的蒲草收割，用自來水洗凈，烘干，將清潔后的蒲草置于粉碎機中，粉碎成 粒徑為4(Γ80目的顆粒，將粉碎后的蒲草顆粒置于質量濃度為O. 5%的檸檬酸甲醇溶液中I小時，取出，置于烘箱中，于120°C烘烤6小時，取出，用去離子水洗凈，干燥，得化學改性的蒲草基水處理材料。將O. 03g改性后的蒲草材料置于20ml含鉛廢水中，調節溶液pH值為5. 2，于20°C吸附4小時，鉛廢水中鉛離子的濃度為800mg/L，吸附完畢，過濾，通過檢測溶液中殘留鉛離子量，得出蒲草材料的鉛離子吸附量為266. 4mg/g,即每克蒲草可吸附266. 4mg鉛離子。將吸附鉛離子的蒲草材料置于濃度為O.1M的氨水溶液中O. 5小時，過濾，洗凈；再置于濃度為O.1M的鹽酸溶液中O. 5小時，過濾，洗凈，烘干，完成解吸附工藝，得再生的蒲草材料；再將上述再生材料置于含鉛廢水中，進行鉛離子吸附。如此10個循環，蒲草材料的鉛尚子吸附量仍達217. 9mg/g,大于初次吸附量的80%。
權利要求
1.一種蒲草基水處理材料的制備方法，其特征在于 1)清潔蒲草將蒲草漂洗、烘干； 2)蒲草粉碎將清潔后的蒲草置于粉碎機中，粉碎成粒徑為40、0目的顆粒； 3)化學改性將粉碎后的蒲草顆粒置于改性溶液中廣4小時，取出，置于烘箱中，于10(Tl2(rC烘烤Γ12小時，取出，用去離子水洗凈，干燥，得化學改性的蒲草基水處理材料； 其中，改性溶液的溶質為3-氨基丙基三甲氧基硅烷、檸檬酸、酒石酸、蘋果酸中的任意一種；溶劑為甲醇、乙醇、異丙醇或四氫呋喃中的任意一種；改性溶液的質量濃度為O.1% 5%。
2.一種根據權利要求1所述的蒲草基水處理材料在處理含鉛廢水當中的應用，其特征在于，在PH5 6時采用蒲草基水處理材料吸附處理含鉛廢水。
全文摘要
本發明屬于水處理材料領域，涉及一種蒲草基水處理材料的制備方法及其應用。本發明提出的制備方法是將天然蒲草化學改性，具體工藝包括蒲草洗凈、烘干、粉碎、化學改性等。本發明制備的水處理材料具有以下優點(1)純天然，可降解；(2)經簡單酸/堿處理，可反復循環使用10次；(3)對水溶液中鉛離子的吸附能力強，是未改性前的94.7倍。本發明制備的蒲草基水處理材料既可用于水處理廠含鉛離子廢水處理，也可用于家用凈水器，市場前景廣闊。
文檔編號C02F1/62GK102989425SQ20121050937
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月4日 優先權日2012年12月4日
發明者呂銀祥 申請人:復旦大學