一種利用水生植物廢棄物制備陰離子吸附劑的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用水生植物廢棄物制陰離子吸附劑的方法，包括下述步驟：將水生植物自然風(fēng)干；加入N?N?二甲基甲酰胺、環(huán)氧氯丙烷、二乙烯三胺、三乙胺后充分混勻；放入到空氣干燥箱中反應(yīng)；用去離子水反復(fù)沖洗后，放入到空氣干燥箱中干燥；即得目的產(chǎn)物水生植物陰離子吸附劑。本發(fā)明吸附劑可有效的去除污水中的硝酸根以及磷酸根，提升秋冬季人工濕地的運(yùn)作效率，并促進(jìn)水生植物的資源化利用。
【專利說明】
一種利用水生植物廢棄物制備陰離子吸附劑的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用水生植物廢棄物制備陰離子吸附劑的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，大量廢水和農(nóng)田徑流排入自然水體，導(dǎo)致水體硝酸根以及磷酸根等陰離子含量升高，富營養(yǎng)化問題日趨嚴(yán)重，長期飲用硝酸根以及磷酸根含量超標(biāo)的水體將會(huì)對(duì)人類健康產(chǎn)生不利影響。
[0003]人工濕地作為一種簡單以及經(jīng)濟(jì)的方式變得受到歡迎，通過水生植物的吸收以及根系的反硝化作用，有效的降低包含農(nóng)田徑流以及處理城市污水高含量的硝酸根以及磷酸根等陰離子。人工濕地去除水體中的硝酸根以及磷酸根等陰離子重要依賴于植物吸收以及反硝化作用。其中，溫度是非常重要的因素。
[0004]在我國北方冬季人工濕地系統(tǒng)溫度降低，反硝化作用減弱，硝氮的去除率降低。并且，由于挺水植物在秋冬季會(huì)衰亡腐解，對(duì)水體造成二次污染。如何保證北方冬季人工濕地正常運(yùn)行，并提高資源利用率，是現(xiàn)今北方冬季人工濕地處理含有高硝酸根以及磷酸根等陰離子廢水的熱點(diǎn)及難點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種利用水生植物廢棄物制備一種陰離子吸附劑的方法。通過將水生植物與環(huán)氧氯丙烷和二甲胺發(fā)生交聯(lián)、叔胺化反應(yīng)，研制出能夠高效去除水中硝酸根、磷酸根的陰離子交換劑，這種方法制備的水生植物陰離子吸附劑對(duì)硝酸根以及磷酸根等陰離子吸附能力強(qiáng)，穩(wěn)定性高，可重復(fù)使用，無二次污染，可以在我國北方冬季用于去除人工濕地高硝酸根以及磷酸根廢水。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:
利用水生植物廢棄物制備陰離子吸附劑的方法，可按如下步驟實(shí)施:
(1)將水生植物自然風(fēng)干，使其內(nèi)部含水率低于10wt%，然后粉碎過40目篩子，獲得水生植物粉末；
(2)稱取步驟(I)所述水生植物粉末，將其置于錐形瓶中，并向錐形瓶中加入N-N-二甲基甲酰胺、環(huán)氧氯丙烷、二乙烯三胺、三乙胺后充分混勻；
(3 )將步驟(2 )含有水生植物粉末的錐形瓶放入到空氣干燥箱中反應(yīng)；
(4)將步驟(3)反應(yīng)后的水生植物粉末取出，用去離子水反復(fù)沖洗后，放入到空氣干燥箱中干燥;即得目的產(chǎn)物水生植物陰離子吸附劑。
[0007]作為一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述水生植物為蘆葦、香蒲或茭草中的一種。
[0008]進(jìn)一步地，本發(fā)明所述步驟(2)中水生植物粉末與N-N-二甲基甲酰胺、環(huán)氧氯丙烷、二乙烯三胺、三乙胺的質(zhì)量體積比為3-7:1-3:1-5:0.5-2:1-3;其中水生植物粉末的質(zhì)量單位為克，N-N-二甲基甲酰胺、環(huán)氧氯丙烷、二乙烯三胺、三乙胺體積的單位為毫升。
[0009]進(jìn)一步地，本發(fā)明所述步驟(2)中水生植物粉末與N-N-二甲基甲酰胺、環(huán)氧氯丙烷、二乙烯三胺、三乙胺的質(zhì)量體積比為5:2:3:1:2;其中水生植物粉末的質(zhì)量單位為克，N-N-二甲基甲酰胺、環(huán)氧氯丙烷、二乙烯三胺、三乙胺體積的單位為毫升。
[0010]進(jìn)一步地，本發(fā)明所述步驟(3)中含有水生植物粉末的錐形瓶放入到空氣干燥箱以85 °C，反應(yīng)時(shí)間為2 ho
[0011]進(jìn)一步地，本發(fā)明所述步驟(4)中干燥箱中干燥溫度為80°C。
[0012]因此，人工濕地中冬季的水生植物是豐富以及廉價(jià)的低成本天然材料，通過此方法制備的水生植物陰離子吸附劑成本低廉。并且可在人工濕地中原位收集水生植物并制備陰離子吸附劑，并再次移入到人工濕地中，減少了運(yùn)輸成本。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下特點(diǎn):
(I)與現(xiàn)有吸附劑技術(shù)相比，本發(fā)明提供的水生植物陰離子吸附劑對(duì)硝酸根以及磷酸根等陰離子具備了很強(qiáng)的吸附能力，并且吸附性能非常高；水生植物蘆葦制備的陰離子吸附劑對(duì)硝酸根以及磷酸根的最大吸附值分別為4.2436 mg.8_1與13.0871 mg.g_1。而他人文獻(xiàn)制備的陰離子吸附劑對(duì)硝酸根以及磷酸根的最大吸附值一般在1-3 mg.g—1之間。
[0014](2)本發(fā)明提供的水生植物陰離子吸附劑，利用的水生植物廢棄物是非常便宜以及容易獲得的原材料。
[0015](3)本發(fā)明通過化學(xué)改性方法制備的陰離子吸附劑，具有相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性，吸附后解吸再生并可以重復(fù)使用。
[0016](4)本發(fā)明提供的制備方法簡易，易于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0017]本發(fā)明所制備的水生植物陰離子吸附劑以環(huán)氧氯丙烷作為醚化劑，在吡啶的催化作用下，與二甲胺發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，通過接入叔胺基團(tuán)，改變水生植物的表面電性和對(duì)水中硝酸根、磷酸根的去除性能，對(duì)于我國北方冬季人工濕地中高硝酸根以及磷酸根廢水有著特別優(yōu)良的處理效果。
[0018]以去除冬季濕地污水中的硝酸根以及磷酸根為例，將20g水生植物蘆葦制備的陰離子吸附劑投加到硝酸根以及磷酸根濃度分別為15 mg.!/1以及8 mg.!/1的I L廢水中，硝酸根和磷酸根的濃度下降迅速，硝酸根在初期5 min，硝酸根的去除率就達(dá)到65.03%，20min后基本達(dá)到穩(wěn)定，在320 min后，硝酸根的去除率達(dá)到84.31%。磷酸根在初期5 min，硝酸根的去除率就達(dá)到61.81%，80 min后基本達(dá)到穩(wěn)定，在320 min后，硝酸根的去除率達(dá)到82.06%。經(jīng)過水生植物陰離子吸附劑的吸附作用，吸附很快達(dá)到平衡，硝酸根被快速吸附去除，吸附后的水生植物陰離子吸附劑可以通過酸液洗脫后再回收利用。
[0019]較高的吸附速率對(duì)于實(shí)際應(yīng)用有著重要的意義，吸附速率較快可以確保較高的去除效率。通過從人工濕地收集的水生植物枯落物，將其制備成水生植物陰離子吸附劑后，又重新投入到人工濕地中，可有效的去除污水中的硝酸根以及磷酸根，提升秋冬季人工濕地的運(yùn)作效率，并促進(jìn)水生植物的資源化利用。
【附圖說明】
[0020]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅局限于下列內(nèi)容的表述。
[0021]圖1為本發(fā)明的工藝流程框圖。
[0022]圖2為20g蘆葦制備陰離子吸附劑對(duì)I L的取自人工濕地含硝酸根以及磷酸根廢水的吸附效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]實(shí)施例1
(1)將蘆葦自然風(fēng)干，使其內(nèi)部含水率低于10%，然后粉碎過40目篩子，獲得蘆葦粉末；
(2)稱取步驟(I)所述蘆葦粉末20g，將其置于錐形瓶中，依次加入8 mL N-N-二甲基甲酰胺、12 mL環(huán)氧氯丙烷、4 mL二乙烯三胺、8 mL三乙胺后充分混勻。
[0024](3)將步驟(2)含有蘆葦粉末的錐形瓶放入到空氣干燥箱中85 °C條件下反應(yīng)2 h
(4)將反應(yīng)后的蘆葦粉末取出，用去離子水反復(fù)沖洗后，放入到空氣干燥箱中80 °C干燥;即得目的產(chǎn)物蘆葦陰離子吸附劑。
[0025]實(shí)施例2
(1)將香蒲自然風(fēng)干，使其內(nèi)部含水率低于10%，然后粉碎過40目篩子，獲得香蒲粉末；
(2)稱取步驟(I)所述香蒲粉末20g，將其置于錐形瓶中，依次加入8 mL N-N-二甲基甲酰胺、12 mL環(huán)氧氯丙烷、4 mL二乙烯三胺、8 mL三乙胺后充分混勻。
[0026](3)將步驟(2)含有香蒲粉末的錐形瓶放入到空氣干燥箱中85 °C條件下反應(yīng)2 h
(4)將反應(yīng)后的香蒲粉末取出，用去離子水反復(fù)沖洗后，放入到空氣干燥箱中80 °C干燥;即得目的產(chǎn)物香蒲陰離子吸附劑。
[0027]實(shí)施例3
(1)將茭草自然風(fēng)干，使其內(nèi)部含水率低于10%，然后粉碎過40目篩子，獲得香蒲粉末；
(2)稱取步驟(I)所述茭草粉末20g，將其置于錐形瓶中，依次加入8 mL N-N-二甲基甲酰胺、12 mL環(huán)氧氯丙烷、4 mL二乙烯三胺、8 mL三乙胺后充分混勻。
[0028](3)將步驟(2)含有茭草粉末的錐形瓶放入到空氣干燥箱中85 °C條件下反應(yīng)2 h。
[0029](4)將反應(yīng)后的茭草粉末取出，用去離子水反復(fù)沖洗后，放入到空氣干燥箱中800C干燥;即得目的產(chǎn)物茭草陰離子吸附劑。
[0030]實(shí)施例4
步驟(2)，稱取步驟(I)所述茭草粉末3g，將其置于錐形瓶中，依次加入I mL N-N-二甲基甲酰胺、I mL環(huán)氧氯丙烷、0.5 mL二乙烯三胺、I mL三乙胺后充分混勻。其它步驟同實(shí)施例3 0
[0031]實(shí)施例5
步驟(2)，稱取步驟(I)所述香蒲粉末7g，將其置于錐形瓶中，依次加入3 mL N-N-二甲基甲酰胺、5 mL環(huán)氧氯丙烷、2 mL二乙烯三胺、3 mL三乙胺后充分混勻。其它步驟同實(shí)施例2。
[0032]實(shí)施例6
步驟(2)，稱取步驟(I)所述蘆葦粉末6g，將其置于錐形瓶中，依次加入3 mL N-N-二甲基甲酰胺、I mL環(huán)氧氯丙烷、0.5 mL二乙烯三胺、3 mL三乙胺后充分混勻。其它步驟同實(shí)施例I O
[0033]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.利用水生植物廢棄物制陰離子吸附劑的方法，其特征在于，按如下步驟實(shí)施: (1)將水生植物自然風(fēng)干，使其內(nèi)部含水率低于10wt%，然后粉碎過40目篩子，獲得水生植物粉末； (2)稱取步驟(I)所述水生植物粉末，將其置于錐形瓶中，并向錐形瓶中加入N-N-二甲基甲酰胺、環(huán)氧氯丙烷、二乙烯三胺、三乙胺后充分混勻； (3 )將步驟(2 )含有水生植物粉末的錐形瓶放入到空氣干燥箱中反應(yīng)； (4)將步驟(3)反應(yīng)后的水生植物粉末取出，用去離子水反復(fù)沖洗后，放入到空氣干燥箱中干燥;即得目的產(chǎn)物水生植物陰離子吸附劑。2.根據(jù)權(quán)利要求1利用水生植物廢棄物制備陰離子吸附劑的方法，其特征在于:所述水生植物為蘆葦、香蒲或茭草中的一種。3.根據(jù)權(quán)利要求1利用水生植物廢棄物制備陰離子吸附劑的方法，其特征在于:所述步驟(2)中水生植物粉末與N-N-二甲基甲酰胺、環(huán)氧氯丙烷、二乙烯三胺、三乙胺的質(zhì)量體積比為3-7:1-3:1-5:0.5-2:1-3;其中水生植物粉末的質(zhì)量單位為克，N-N-二甲基甲酰胺、環(huán)氧氯丙烷、二乙烯三胺、三乙胺體積的單位為毫升。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用水生植物廢棄物制備陰離子吸附劑的方法，其特征在于:所述步驟(2)中，水生植物粉末與N-N-二甲基甲酰胺、環(huán)氧氯丙烷、二乙烯三胺、三乙胺的質(zhì)量體積比為5:2:3:1:2;其中水生植物粉末的質(zhì)量單位為克，N-N-二甲基甲酰胺、環(huán)氧氯丙烷、二乙烯三胺、三乙胺體積的單位為毫升。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用水生植物廢棄物制備陰離子吸附劑的方法，其特征在于:所述步驟(3)中含有水生植物粉末的錐形瓶放入到空氣干燥箱以85 °C，反應(yīng)時(shí)間為2 ho6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用水生植物廢棄物制備陰離子吸附劑的方法，其特征在于:所述步驟(4)中干燥箱中干燥溫度為80 °C。
【文檔編號(hào)】B01J20/30GK106000336SQ201610381085
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年6月1日
【發(fā)明人】王博, 楊登越, 李法云, 范志平, 郭仕林, 陳鑫
【申請(qǐng)人】遼寧石油化工大學(xué)