[发明专利]一种铜离子吸附剂的制备及应用方法

说明书

技术领域

本发明属于环境保护领域，涉及一种以化学药剂协同微波改性香菇培养基废料制备一种铜离子吸附剂的制备方法，以及将该吸附剂用于去除含Cu²⁺的矿山酸性废水处理方法。

背景技术

矿山酸性废水是由于矿山中的硫化矿物在空气、水及微生物的作用下，发生一系列物化及生化反应，而逐步生成的含大量金属离子，如Fe²⁺、Cu²⁺、Mn²⁺、Zn²⁺、Cd²⁺、As³⁺等黄棕色酸性废水。据统计，不少矿山每天会排放数千至数万立方米的废水，这些酸性废水由于其水质水量波动大、排放点分散不易控制、pH值低且含有大量重金属离子，而成为全球矿业面临的最严峻的环境问题之一。因此，寻求经济、有效地治理矿山酸性废水污染的技术，保证矿产资源的可持续开发利用，成为当前形势下所面临的重要问题，也是各国学者普遍关注的焦点。

近年来，利用工农业废弃生物质材料，如果壳、锯末、树皮、稻壳、甘蔗渣等吸附重金属离子引起了人们的极大关注。由于该法具有吸附量大、效率高、操作简单、吸附剂来源广泛、成本低、能够以废治废，且能通过热解来富集会回收重金属等众多优点，而成为具有发展前景的矿山酸性废水处理方法。

我国是世界上最大的香菇生产国，每年产生大量的香菇培养基废料，常见资源化途径是用作肥料、饲料的原材料，经济附加值较低。由于香菇培养基废料含纤维素、多糖、蛋白质等有机物质，而这些有机物含有羟基、羧基等官能团，能够结合重金属离子，因此可考虑作为生物吸附剂来处理重金属废水。

但天然香菇培养基废料吸附容量较低，投入水中还存在有机物的溶出导致废水COD的升高，因此对天然香菇培养基废料进行改性，以提高其吸附容量和化学稳定性。中国专利CN102658092A以天然香菇培养基废料为原料，用硫酸和柠檬酸混合溶液或氢氧化钠溶液为改性剂制备吸附剂吸附重金属离子。其采用强酸或强碱溶液进行改性，再进行煅烧改造，改性过程将产生废酸碱液，需中和处理，且造成资源浪费和环境污染；其工艺中的煅烧环节增加了生产成本。

发明内容

本发明的目的是采用氢氧化钠和磷酸溶液协同微波改性的方法提高天然香菇培养基废料吸附溶液中铜离子的能力，提供一种改性香菇培养基废料铜离子吸附剂，它对重金属具有良好的吸附性能，可用于含重金属Cu²⁺的矿山酸性废水的处理。此方法操作简单，成本低廉，吸附剂原料来源广泛，廉价易得，工艺简单，成本较低，吸附性能较好且可回收重金属。

一种铜离子吸附剂的制备方法，采用氢氧化钠和磷酸溶液协同微波改性方式，具体步骤如下：

(1)香菇培养基废料的预处理：香菇培养基废料经风干、碾碎后，过20目筛，取筛下产品放入干燥器中备用。

(2)将经过预处理的香菇培养基废料颗粒置于质量分数为10％的NaOH溶液中，在30℃、100～200r/min条件下振荡搅拌2～3h；过滤分离，滤渣用清水冲洗至洗液近中性，在80℃下烘干至恒重；

(3)按1:(15～20)的比例加入0.5mol·L^-1磷酸溶液，共同在微波中火条件下加热2.5～5min后取出，用清水把多余的磷酸冲洗掉；在80℃下烘干至恒重，过20目筛，制得改性香菇培养基废料铜离子吸附剂。

如上所述制得的铜离子吸附剂用于含重金属的矿山酸性废水的吸附处理。具体处理方法为：将铜离子吸附剂以10g/L加入到初始Cu²⁺浓度为150mg/L的矿山模拟酸性废水中，在30℃、140r/min的条件下恒温振荡搅拌，其在45min时达到吸附饱和，对Cu²⁺的去除率达到91.3％，相较于天然香菇培养基废料，提高了46.95％；此外，其能在低pH值下吸附Cu²⁺，当废水pH为0.7左右、其余条件同上时，吸附量达到2.95mg/g。

吸附饱和的铜离子吸附剂在450℃的空气气氛下热解1h，残渣中铜含量为92.48mg/g，富集了7.07倍，固体残渣性质稳定，不会造成二次污染，还可以回收铜资源。