一种简易可再生的沼渣基阴离子吸附剂的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种简易可再生的沼渣基阴离子吸附剂的制备与应用，它以农作物秸秆燃料化生成的沼渣和3

【技术实现步骤摘要】
一种简易可再生的沼渣基阴离子吸附剂的制备方法


[0001]本专利技术涉及阴离子吸附剂的制备方法，具体是一种以秸秆燃料化生成的沼渣为主要原料通过简易过程制备低成本可再生的沼渣吸附剂的方法，属于废物资源化利用及环境与化学


技术介绍

[0002]我国作为传统的农业大国，拥有种类繁多的生物质资源，且数量十分可观。其中，农作物秸秆每年产量高达8亿吨，约占我国可用生物质资源的50％以上，是我国生物质资源的主力。针对目前我国对生物质能源开发利用的迫切需求，已有不少企业利用生物质秸秆生产生物质燃气替代石油燃料，该策略极大降低了不可再生能源的消耗，缓解了我国能源紧张状况，并且促进了我国农业的可持续发展。但该过程同时会产生大量的燃料化沼渣，需要对其进行进一步地处理处置，我国在该领域尚处于起步阶段。秸秆燃料化沼渣的主要成分为纤维素、木质素和半纤维素，它们都属于天然的高分子物质，具有多种功能基团与复杂的键连方式。例如，其拥有较多的羟基基团，可通过螯合作用去除水中多种中重金属离子，此外，羟基基团也可以应用于聚合或缩聚等合成反应的活性基团，因此燃料化沼渣可以广泛应用于各种有机产品的合成。
[0003]目前，随着工农业的快速发展，我国水资源受到了不同程度的污染，且有不断加剧的趋势。大量工业、生活污水的排放以及农田灌溉排水等已成为主要点源和面源污染来源，严重污染了我国地表水水质。如何高效、低成本的去除水中的污染物，解决水体污染，已成为当前研究工作的重点。利用秸秆燃料化沼渣通过化学改性接枝功能基团，研制环境友好的阴离子沼渣吸附剂，对于解决我国环境污染、开发新能源、治理水污染等具有重大意义。
[0004]在沼渣基吸附剂实施应用中，研究多针对重金属离子或其它阳离子型污染物的去除，如中国专利文献：CN103877938A公开了一种氨氮吸附剂的制备方法：将脱水干燥后的沼渣粉碎、过筛成颗粒原料，再将沼渣颗粒与氢氧化钾溶液混合，去除上清液后烘干，所得烘干后的产物在氮气氛围中热解，产物依次用盐酸和热去离子水清洗，烘干粉碎，得到改性沼渣氨氮吸附剂。又如中国专利文献CN109603768A公开了一种重金属离子吸附剂的制备方法：将烘干后的沼渣粉碎，过筛成固定尺寸的沼渣原料，将沼渣颗粒分散在碱性有机溶剂中，在60℃条件下加入氯乙酸，继续反应，经乙醇和去离子水清洗后得到沼渣基重金属吸附剂。然而，利用沼渣基吸附进行阴离子吸附处理却鲜为报导。因此，亟需研制出一种制备简易、机械强度高、化学稳定性好、吸附性能好、成本低廉的沼渣基阴离子吸附剂，该吸附剂不仅可以利用秸秆燃料化生产的废物沼渣为原料，实现了“以废治废”，填补了沼渣高值化利用的空白，也可以为环境友好、低成本水处理过程提供了一条借鉴思路。

技术实现思路

[0005]针对现有沼渣利用技术的缺陷，本专利技术提供了一种以秸秆燃料化沼渣为原料制备简易可再生的沼渣吸附剂的方法，本专利技术利用3
‑
氯
‑2‑
羟丙基三甲基氯化铵对沼渣进行化
学改性，使其与沼渣发生醚化反应，引入季胺基官能团，得到了机械强度高、化学稳定性好、吸附能力强、可循环再生利用的沼渣基阴离子吸附剂，且该方法操作简单，易实现规模化生产。同时，本专利技术还实现了成本低廉的沼渣的高值化利用，减轻环保压力，实现废物资源化。
[0006]原料说明：
[0007]本专利技术采用的原料为干燥后的秸秆燃料化沼渣，其纤维素含量为20
‑
40％，半纤维素含量为15
‑
35％，木质素含量为2
‑
25％，蛋白质及灰分含量为10
‑
30％。
[0008]本专利技术的技术方案如下：
[0009]一种简易可再生的沼渣基阴离子吸附剂的制备方法，包括步骤如下：
[0010](1)将沼渣分散于有机溶剂中，搅拌反应后加入碱性物质，在25～45℃水浴加热条件下搅拌反应10～60min；
[0011](2)向体系中加入醚化剂后继续加热搅拌，使有效官能团成功嫁接至沼渣结构中，将最终产物离心，并用乙醇和去离子水洗涤、烘干，即得到胺基化沼渣基阴离子吸附剂。
[0012]根据本专利技术优选的，步骤(1)中的沼渣其发酵燃化前原材料是玉米秸秆、棉花秸秆、高粱秸秆、甘蔗秸秆、杂草等或其混合物。
[0013]根据本专利技术优选的，步骤(1)中的沼渣的含水率<10％，粒径为5mm～10mm。
[0014]根据本专利技术优选的，步骤(1)中的有机溶剂为70％～90％的异丙醇水溶液，沼渣质量(g)与所需有机溶剂(mL)的质量体积比为1:10～1:50。
[0015]进一步优选的，沼渣与异丙醇水溶液质量体积比为1:30～1:40，单位：g/mL。
[0016]根据本专利技术优选的，步骤(1)中所加入的碱性物质为氢氧化钠或氢氧化钾，其加入量与沼渣的加入量质量比为1:1～1:6。
[0017]进一步优选的，氢氧化钠或氢氧化钾的加入量与沼渣的加入量质量比为1:2～1:3；搅拌反应温度为28～34℃，反应时间20～40min。
[0018]根据本专利技术优选的，步骤(2)中所加入的醚化剂为3
‑
氯
‑2‑
羟丙基三甲基氯化铵或2,3
‑
环氧丙基三甲基氯化铵，其加入量与沼渣加入量的质量比为1:1～1:10，醚化反应温度为30～90℃，醚化反应时间为1～3h。
[0019]进一步优选的，3
‑
氯
‑2‑
羟丙基三甲基氯化铵或2,3
‑
环氧丙基三甲基氯化铵，其加入量与沼渣加入量的质量比为1:2～1:4；搅拌反应温度为50～70℃，反应时间1.5～2.5h。
[0020]本专利技术得到的沼渣基阴离子吸附剂的应用，用于污水中阴离子的吸附去除。
[0021]根据本专利技术优选的，所述沼渣基阴离子吸附剂用于废水中硝酸根、磷酸根、高氯酸根、重铬酸根和酸性大红的去除，方法如下：在15～45，℃pH为2～12的振荡条件下，投入沼渣基阴离子吸附剂，投加量为每升废水中吸附剂的添加量为0.5～2g，搅拌反应2～6h，振荡速率为140r/min。
[0022]本专利技术的简易可再生沼渣基阴离子吸附剂去除各阴离子的pH条件在2.0～12.0之间均可，即污水溶液pH自然条件即可应用，最佳pH为5.0～9.0。
[0023]本专利技术所述方法制备的简易可再生沼渣基阴离子吸附剂，经实验测定，该吸附剂外观为棕色或褐色颗粒状固体，Zeta电位在
‑
5～30mv之间，水溶液pH值为5.0～9.0；沼渣基阴离子吸附剂中木质素骨架单元通式如下：
[0024][0025]沼渣基阴离子吸附剂中纤维素骨架单元通式如下：
[0026][0027]本专利技术制备得到的沼渣基阴离子吸附剂可作为一种新型高效的水处理药剂，广泛应用于工业废水、富营养化水体处理、含铬废水、印染废水或其它污水处理中。与现有技术相比，本专利技术的优良效果在于：
[0028本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种简易可再生的沼渣基阴离子吸附剂的制备方法，包括步骤如下：(1)将沼渣分散于有机溶剂中，搅拌反应后加入碱性物质，在25～45℃水浴加热条件下搅拌反应10～60min；(2)向体系中加入醚化剂后继续加热搅拌，使有效官能团成功嫁接至沼渣结构中，将最终产物离心，并用乙醇和去离子水洗涤、烘干，即得到胺基化沼渣基阴离子吸附剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的沼渣其发酵燃化前原材料是玉米秸秆、棉花秸秆、高粱秸秆、甘蔗秸秆、杂草等或其混合物。利用的沼渣的含水率<10％，粒径为5mm～10mm。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的有机溶剂为70％～90％的异丙醇水溶液，沼渣质量(g)与所需有机溶剂(mL)的质量体积比为1:10～1:50。进一步优选的，沼渣与异丙醇水溶液质量体积比为1:30～1:40，单位：g/mL。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：张怡然，谷吉燕，潘静文，范子豪，王孝宁，刘娟，游录鹏，王磊，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：