[发明专利]一种利用天然番茄秸秆改性制备重金属吸附材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种吸附重金属的环保吸附材料，特别涉及一种天然番茄秸秆吸附材料及制备方法。

背景技术

随着工农业的发展，工农业的重金属废水排放不断加大，例如电镀、采矿、化工等部门。矿山排水、废石场淋浸水、选矿厂尾矿排水、有色金属冶炼厂除尘排水、有色金属加工厂酸洗水、电镀厂镀件洗涤水、钢铁厂酸洗排水，以及电解、农药、医药、油漆、颜料等工业的废水都是重金属废水的重要来源。重金属污染与其它污染源不同，其它污染源经过自然的方式可以自动降解，使其有害性降低或解除，而重金属污染很难在环境中自动降解，这些重金属废水进入环境或生态系统后，可通过食物链进行转移、积累、放大，对人类和生物造成极大的危害。例如，铬可通过消化道、呼吸道、皮肤和粘膜侵入人体，可以引起人体全身中毒，对皮肤粘膜的刺激作用，会引起皮炎、湿疹、气管炎和鼻炎，特别是六价铬危害最大，六价铬可以诱发肺癌和鼻咽癌。饮用水中含铬浓度在 0.1mg/L以上时，就会使人呕吐，侵害肠道和肾脏。灌溉水中浓度为 0.1mg/L，可对水稻种子萌芽有抑制作用。还有重金属铜，铜对人体造血、细胞生长，人体某些酶的活动及内分泌腺功能均有影响。若摄入过量的铜，就会刺激消化系统，引起腹痛、呕吐，长期过量还会促使肝硬化。铜对低等生物和农作物毒性较大，其浓度达0.1-0.2mg/ L即可使鱼类致死。对于农作物，铜可使植物吸收养分的机能受到阻碍，植物吸收铜离子后，即固定于根部皮层，灌溉水中含铜较高时，即在土壤和作物中积累，可使作物枯死。铜对水体自净作用也有较严重影响，浓度为0.1mg/L时，使水的生化耗氧过程明显地受到抑制。

目前，含重金属废水的的处理方法有化学沉淀法、离子交换法、电化学法、膜分离技术生物处理法、吸附法等，其中吸附法主要是利用高比表面积或具有多孔结构的物质作为吸附材料去吸附重金属离子。该法的核心是吸附剂的选择，常用的吸附剂有活性炭、矿物质、分子筛和微生物。活性炭有较强的吸附能力，可以同时吸附多种重金属离子，去除率高，但再生效率低，处理水质达不到GB标准，价格高，应用被限制；利用微生物作为吸附材料，主要有菌体、藻类和细胞提取物等，这些生物吸附剂对不同的重金属离子表现出不同的吸附能力，但其吸附效果受外界环境因素和水体pH值的影响较大。近年来逐步研究出一类农作物秸秆吸附材料，其中番茄秸秆中含有丰富的纤维素，纤维素链中的葡萄糖基环上的羟基可以进行酯化，酶化和共聚反应，因此可将番茄秸秆通过处理，改性制备成一种低成本的的重金属吸附材料。

我国作为一个农业大国，农作物秸秆产量很大，农作物秸秆综合利用主要有三种途径：一是作为农用肥料；二是作为饲料；三是是作为基料。作为肥料，秸秆还田最大的问题在于难以将秸秆梨耕到土壤中，即使秸秆被成功地梨耕到土壤中，在犁沟中的秸秆股形成过程中也可能引发问题，即不能以足够速度进行分解，而在下一次耕作时露出地表。此外，犁沟中的秸秆股也将会阻碍作物的根系向土壤深层生长；秸秆作为饲料，秸秆富含纤维素、木质素、半纤维素等非淀粉类大分子物质，作为粗饲料营养价值低；秸秆作为培养土的基料使用时，其利用率也很低。而把番茄秸秆改性制备成一种低成本的的重金属吸附材料，将大大提高秸秆的利用效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用天然番茄秸秆改性制备重金属吸附材料的方法。该方法制备的吸附材料成本低廉、吸附量大、且不易造成二次污染。

为实现这一目的，本发明采用天然番茄秸秆作为原料来源，具体步骤是通过以下技术路线实现的：

⑴ 选用天然成熟的番茄秸秆，进行清洗、捣碎、烘干或晒干；

⑵ 将烘干或晒干的番茄秸秆磨成粉，并过70目筛；

⑶ 用7%-9%的HNO₃回流2-3h，再用3%-5%NaOH回流1-2h，水洗后干燥得番茄秸秆纤维素；

⑷ 取制得的纤维素10-20g置于三颈瓶中，依次加入20ml浓度为2-3mo/L的NaOH溶液、60ml环氧氯丙烷，加热回流1-2h，过滤；

⑸以丙酮和水交叉洗涤至中性，在60-80℃下干燥得浅黄色交联纤维素；

⑹在装有回流冷凝管和搅拌器的三颈瓶中加入一定量的已交联的纤维素、3-氯-2-羟基丙磺酸钠、1mol/L二氧六环水溶液和1mol/L Na₂CO₃溶液，轻轻震荡摇匀；

⑺控温50-60℃条件下搅拌反应一定时间后滤出产物；

⑻将产物依次用丙酮、水交叉洗涤3次；

⑼ 洗净后真空干燥得2-羟基-3-磺酸基丙基纤维素醚，即一种番茄秸秆吸附材料。