CN104307488A - 一种磁响应重金属离子吸附剂及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁性重金属离子吸附剂及其应用，将植物木薯秸秆粉碎后，经乙二酸四乙酸酐改性；再进行磁化处理，即得到吸附剂产品。应用时，在室温条件下，控制废水pH为5-7，加入本发明的重金属吸附剂，振荡吸附15-30min，用磁铁分离磁响应重金属吸附剂。该吸附剂处理含铜、铅、镉等重金属离子废水的效果良好，是廉价高效的新型吸附材料；其工艺简单、成本低廉，并且可通过外加磁场作用实现分离，容易再生、使用效果好，易于推广使用。

Description

一种磁响应重金属离子吸附剂及其应用

技术领域

本发明涉及一种重金属离子吸附剂，具体是一种磁响应重金属离子吸附剂及其应用。

背景技术

重金属污染对我国水质环境造成很大危害，许多地方由于重金属污染造成生态失衡，粮食作物重金属超标，影响人的健康，造成经济损失。

目前采用的农业废弃物吸附去除废水中的重金属离子镉、铅，但效果不十分理想，且吸附剂的分离困难，回收成本高；同时吸附剂的损失量大。另外也有采用大体积的沸石对镉铅离子吸附的方式，但这种方式制备的吸附剂需要较高的能源进行预处理，制作成本很高，不便于推广使用。经检索，中国专利CN103506065A公开了一种壳-核结构磁性重金属吸附剂及其制备方法，它是以磁性纳米铁锰复合物MnxFe₃-xO₄(x＝0～1)为内核，锰氧化物为外壳的壳-核结构磁性重金属吸附剂。尚未见有木薯秸秆磁性重金属吸附剂的报道。

发明内容

本发明的目的是克服已有技术中的不足，开发一种工艺简单、吸附容量大、成本低廉、分离简便的磁性重金属离子的吸附剂及其应用。

实现本发明目的的技术方案是：

一种磁响应重金属离子吸附剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)农作物秸秆改性：

将10-20g秸秆粉用1-5mol/L的氢氧化钠预处理4-12h，用蒸馏水洗涤至中性，将秸秆、乙二胺四乙酸酐按质量比为1:2-5，N,N-二甲基甲酰胺溶剂20-30mL，在50-80℃条件下反应4-40h，产物分别用N,N-二甲基甲酰胺，蒸馏水，95％乙醇洗涤，干燥保存，备用；

(2)合成四氧化三铁：

取0.05-0.2mol/L的FeSO₄50mL与适量碘单质按摩尔比1：2-3.5混合均匀，30-200℃预热，加入1-4mol/L的氨水20-30mL，30-200℃反应10-100min。生成黑色纳米磁响应四氧化三铁，将产物用磁铁分离，去离子水洗涤，反复若干次，去除杂质；将四氧化三铁分散于1-5mL蒸馏水中，得到四氧化三铁磁悬体，备用；

(3)改性吸附剂磁化

取0.5-1g改性秸秆粉，加入到0.5-2ml四氧化三铁磁悬体中，混合均匀后，加入1-3mL无水乙醇，保持3-30min，将产物用磁铁进行分离，用95％乙醇洗涤，产物于60-80℃烘干，即得磁性重金属吸附剂。

所述的木薯秸秆的粒度在80-200目。

本发明工业化生产时，步骤(1)、(2)、(3)中各原料用量等比例扩大。

本发明以农业废弃物磁响应重金属离子吸附剂用于含重金属离子废水的应用。其应用方法如下：

在室温条件下，控制废水pH为5-7，加入本发明的重金属吸附剂，振荡吸附15-30min，用磁铁分离磁响应重金属吸附剂。

本发明以秸秆为主要原料，首先用乙二胺四乙酸酐改性，提高木粉对重金属离子的吸附容量；再进行磁化处理，使秸秆粉带有磁性；经洗涤干燥后得到磁性秸秆吸附剂。该吸附剂可应用于含铜镉等各种重金属污染废水的吸附处理，该吸附剂制作工艺简单、成本低廉、分离效果好、吸附率高，易于推广使用，具有广泛实用性。

附图说明

图1为原木薯秸秆的扫描电镜图(SEM)；

图2为改性后的木薯秸秆扫描电镜图；

图3为原木薯秸秆红外光谱图(FIRT)；

图4为改性的重金属离子吸附剂红外光谱图；

图5为不同投加量的磁响应吸附剂对废水中铜的结果图；

图6为不同投加量的磁响应吸附剂对废水中镉的结果图。

具体实施方式

下面是通过实施例对本方明做的进一步说明。

实施例1：

制备磁响应重金属离子吸附剂的方法是：

将新鲜的木薯秸秆干燥后，粉碎成80目粉末，称量10g木粉，加入至300mL浓度为4mol/L NaOH溶液中浸泡10h，超声波处理2h，用蒸馏水洗涤至中性，取产物1g与乙二胺四乙酸酐混合，加入N，N-二甲基甲酰胺液体中，三者的量比为1：2：20(质量:质量:体积)，反应温度70℃，反应时间15h，得到乙二胺四乙酸改性木薯秸秆吸附剂，备用；

取0.05mol/L的FeSO₄50mL，加入200mg碘单质混合均匀，80℃预热5min，加入3.5mol/L的氨水10mL，80℃反应20min。生成黑色纳米磁响应四氧化三铁，将产物用磁铁分离，去离子水洗涤，反复若干次，去除杂质；将四氧化三铁分散于2mL蒸馏水中，得到四氧化三铁磁悬体，备用；

取0.5mL四氧化三铁悬浮液，加入100mg乙二胺四乙酸酐改性木薯秸秆，振荡使两者混合均匀，加入1mL无水乙醇，静置3min，将产物用磁铁吸引分离，用蒸馏水，95％乙醇洗涤，放入80℃烘箱中干燥保存，得到磁响应重金属吸附剂。

上述磁响应重金属离子吸附剂在去除废水中的重金属离子镉的应用(初始浓度为200mg/L)，是：

在室温条件下，加入40mg改性吸附剂至40mL重金属废水中，控制pH为5，吸附20min，用磁铁分离吸附剂。

重金属离子的检测方法：采用原子吸收分光光度计测定吸附后的废水中重金属离子的含量。吸附量的计算公式为：

$q=\frac{(c_1-c_2)V}{m},\mathrm{\η}=\frac{c_1-c_2}{c_1}\×100\%$

式中c₁、c₂为废水中重金属吸附前后的含量(mg/L),q为吸附容量(mg/g)，h为吸附率。

经检测，吸附量为89.02mg/g，吸附率为53.16％。

实施例2：

按实施例1的制备方法制备磁响应重金属离子吸附剂，其应用是：在室温条件下，加入84mg改性吸附剂至40mL重金属废水中，控制pH为5，吸附20min，用磁铁分离吸附剂。

经检测，吸附量为64.30mg/g，吸附率为75.02％。

实施例3：

按实施例1的制备方法制备磁响应重金属离子吸附剂，应用时，在室温条件下，加入146mg改性吸附剂至40mL重金属废水中，控制pH为5，吸附20min，用磁铁分离吸附剂。

经检测，吸附量为40.08mg/g吸附率为81.26％

实施例4：

按实施例1的制备方法制备磁响应重金属离子吸附剂，应用时，在室温条件下，加入202mg改性吸附剂至40mL重金属废水中，控制pH为5，吸附20min，用磁铁分离吸附剂。

经检测，吸附量为33.42mg/g，，吸附率为93.75％。

Claims (3)

1.一种磁响应重金属离子吸附剂的制备方法，其特征是：包括如下步骤：

（1）农作物秸秆改性：

将10-30g秸秆粉用1-5mol/L的氢氧化钠预处理4-12h，用蒸馏水洗涤至中性，将秸秆、乙二胺四乙酸酐按质量比为1:2-5，N,N-二甲基甲酰胺溶剂30-40mL，在50-80℃条件下反应4-40h，产物分别用N,N-二甲基甲酰胺，蒸馏水，95%乙醇洗涤，干燥保存，备用；

（2）合成四氧化三铁：

取0.05-0.2mol/L的FeSO₄50mL与适量碘单质按摩尔比1：2-3.5混合均匀，30-200℃预热，加入1-4mol/L的氨水20-30mL，30-200℃反应10-100min；生成黑色纳米磁响应四氧化三铁，将产物用磁铁分离，去离子水洗涤，反复若干次，去除杂质；将四氧化三铁分散于1-5mL蒸馏水中，得到四氧化三铁磁悬体，备用；

（3）改性吸附剂磁化

取0.05-1g改性秸秆粉，加入到0.5-2ml四氧化三铁磁悬体中，混合均匀后，加入1-3mL无水乙醇，保持3-30min，将产物用磁铁进行分离，用95%乙醇洗涤，产物于60-80℃烘干，即得磁性重金属吸附剂。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：所述的木薯秸秆的粒度在80-200目。

3.权利要求1-2之一所述磁响应重金属离子吸附剂的应用，其特征是：在室温条件下，控制废水pH为5-7，加入本发明的重金属吸附剂，振荡吸附15-30min，用磁铁分离磁响应重金属吸附剂。