[发明专利]一种重金属离子的吸附剂及其制备和应用方法

说明书

技术领域

本发明属于环境工程领域，具体涉及一种重金属离子的吸附剂及其制备和应用方法。

背景技术

随着现代工业的快速发展，废水的排放量急剧增加。2008年中国环境状况公报显示，全国地表水污染依然严重。长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河和辽河七大水系200条河流409个断面中，I-III类、IV-V类和劣V类水质的断面比例分别为55.0％、24.2％和20.8％。2008年，全国废水排放总量为571.7亿吨，比上年增加2.7％。其中，工业废水排放量241.7亿吨，占废水排放总量的42.3％。大量排放的工业废水中含有多种重金属离子造成我国水体重金属污染问题十分突出。这些重金属离子经过水体富集到生物链中，最终进入人体，对人类健康造成极大的危害。因此，如何治理重金属废水已经受到国内外各界的普遍重视。重金属废水的处理方法主要包括化学沉淀法、离子交换法、电解法、膜分离法和吸附法等，其中吸附法处理重金属废水因其成本低、去除效果好、操作简单、不产生二次污染等优点备受关注。

麦糟是啤酒工业的主要副产物，占啤酒工业副产物的85％以上，大部分麦糟没有得到很好的利用，大多用作动物饲料，甚至有些啤酒厂将麦糟直接堆放，这即浪费了资源又污染了环境。麦糟的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素类物质，它们均含有丰富的羟基，可以发生酯化反应从而引入各类功能基团以制备高效的重金属离子吸附剂。巯基中的硫原子电负性小，半径较大，易失去电子并易极化变形产生负电场，故能捕集阳离子并趋向成键。因此，我们选择依据酯化反应的原理在麦糟表面引入巯基，以提高其吸附重金属离子的能力。传统的巯基化改性纤维素类物质的方法是西末雄法，西未雄巯基化改性方法创始于1971年，并一直沿用至今，没有显著改善。传统的巯基化方法多用于纤维素类物质的改性，其具体方法为：将一定量硫代乙醇酸，乙酸酐，乙酸及少量催化剂浓硫酸混合加入至待改性的纤维素类材料中，置于38℃的水浴锅中反应，每隔24小时翻动一次，100小时后取出，用蒸馏水洗至中性，抽滤，烘干。但此方法耗时长，并且对于直接巯基化改性麦糟效果不明显。因此，本发明的目的在于开发一种全新的巯基化改性麦糟的方法，能够应用于快速、简单、高效地制备巯基化木质纤维素类物质。

本发明选用DMF和硫酸氢钠分别作为反应介质和催化剂，使巯基乙酸和麦糟上的羟基成功发生酯化反应从而在麦糟表面引入巯基。但是巯基很不稳定，容易被空气氧化形成二硫化物，因此采用反应终了一步还原的方法将被氧化的巯基还原出来。该方法大大缩短了反应时间，并解决了巯基易被氧化的难题。同时我们提出了重金属废水治理的“巯基化改性麦糟吸附技术”。该技术是使用巯基化改性麦糟处理重金属废水，可用以净化浓度范围较广的含重金属离子废水以及混合的金属离子废水，其优点有：受pH值影响小；不使用化学试剂；污泥量极少；无二次污染；排放水可回用。

发明内容

本发明目的是：

(1)充分利用啤酒工业废弃的麦糟为原料，革新传统的纤维素类物质的巯基化改性方法，开发一种高效、快速的巯基化改性纤维素类物质麦糟的方法，以制备得到一种高效吸附剂，用于吸附重金属废水，真正实现“以废治废”；

(2)实现清洁、高效、廉价处理重金属废水，出水中重金属离子稳定达到国家《污水综合排放标准》(GB8978-1996)；成功解吸巯基化改性麦糟吸附的重金属，实现多次重复利用，节约成本。

本发明的目的是通过以下方式实现的：

一种重金属离子吸附剂的制备方法，包括以下步骤：

1)巯基化反应

以啤酒厂的麦糟为原料，经过洗涤去除泥沙、杂物等，60℃烘干12小时、磨碎过50目筛后作为原料，选用巯基乙酸作为巯基化反应的试剂，NaHSO₄·H₂O作为催化剂，N，N-二甲基甲酰胺作为反应介质；所述的巯基乙酸与麦糟的体积质量比为5mL∶1g，所述的NaHSO₄·H₂O与麦糟的质量比为1∶40；所述的N，N-二甲基甲酰胺与麦糟的体积质量比为2.5mL∶1g；巯基化反应温度为110-130℃，时间为3h；

2)还原反应

在上述反应后的体系中加Na₂S·9H₂O作为还原剂，无水乙醇作为反应介质；所述的Na₂S·9H₂O与麦糟的质量比为：5∶1；所述的无水乙醇与麦糟的体积质量比为：25mL∶1g；磁力搅拌反应1h后减压过滤，用去离子水充分洗涤滤渣，于真空干燥箱中60℃烘干，研碎过50目，即得所述的吸附剂。