[发明专利]基于乳酸改性的秸秆重金属离子吸附剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及植物化学和重金属污染废水治理领域，具体为一种基于乳酸改性的秸秆重金属离子吸附剂及其制备方法和应用。

背景技术

大量的工业和采矿废水排入水环境，引发了一系列的环境问题。在这些废水中，最常见的是重金属污染物包括Cu、Pb等，这些重金属即使微量也会对环境生态和人体健康造成损害。其中Cu、Pb主要来源于采矿、冶炼、电镀、合成橡胶、电缆及电子元件制造、电池制造、颜料、油漆、塑料制造等行业，具有持久性强，难降解，易通过食物链进行富集，毒性大，微量即可危及生命等特点。正是由于重金属的富集作用和生物毒性，重金属被列为首要污染物。Cu进入人体之后会通过破坏质膜完整性损害胃肠道和中枢神经系统，造成皮炎、肾损伤、溶血性黄疸、肾衰竭等，严重时还会致癌。Pb是通过抑制酶的功能，干扰酶的合成损害骨造血系统与神经系统，造成贫血、小儿多动症、运动失调、中枢神经系统功能障碍、高血压等问题。

基于重金属的种种危害，相关工厂必须将废液进行系统处理后才能排放。常用的处理方法有：化学沉淀法、化学氧化还原法、离子交换法、膜分离法、电化学法、活性炭吸附以及生物吸附法等。这些方法虽然广泛应用于工业实践中，但存在成本高、易产生化学污泥、且对于浓度低于100mg/l的重金属离子而言，效果反而不甚不理想。因此，寻找新的处理方法迫在眉睫。

秸秆是农作物生产加工过程中的副产物，每年的产量巨大。中国作为农业大国，秸秆的处理处置一直都是麻烦问题。尽管一直在响应号召秸秆的绿色循环利用，但由于经济、技术等多方面的因素始终限制着秸秆的利用，使得其利用率较低。综合国内外的科技研究结果，秸秆的用途主要是用作能源、饲料、还田及材料方面。近年来，秸秆在重金属吸附方面取得了较大的进展，使秸秆的资源化利用引起了广泛的关注。秸秆作为一种新型的生物吸附剂，具有成本低、可再生、效果好、产量大等特点，其主要元素组成是C，H，O，N，主要化学结构是纤维素、半纤维素和木质素等粗纤维，富含羰基、羧基、羟基、氨基等具有络合能力和离子交换能力的活性官能团。与此同时，秸秆属于多孔性物质，具有较大的表面积，因此对重金属具有较理想的吸附作用。为进一步增强其对重金属的吸附效果，对秸秆进行改进改性研究成为研究热点，如胡振东等报道了采用NaOH预处理和高锰酸钾氧化对稻草秸秆进行改性，进而用于对重金属铅的吸附(胡振东,杨英,赵庆.改性稻草秸秆对重金属铅的吸附性能研究[J].安徽建筑大学学报,2016,24(2):51-58.)；陈素红研究了将玉米秸秆的纤维素分子链中的结合键打开，引入新的官能团，改变纤维素固有的特性，从而制备出对六价铬离子具有较高吸附容量的玉米秸秆纤维素类吸附剂(陈素红.玉米秸秆的改性及其对六价铬离子吸附性能的研究[D].山东大学,2012.)；丁杨等报道了以盐酸为改性剂对稻草秸秆进行改性，进而对对Cr(Ⅵ)进行吸附研究(丁杨,张丽鑫,权跃,等.盐酸改性稻草秸秆对Cr(Ⅵ)的吸附研究[J].安徽农业科学,2014(31):11055-11057.)。然而，上述改性研究普遍存在改性剂价铬偏高或，改性方法复杂繁琐，改性后的吸附剂对重金属吸附效果提升不明显等缺点，因此需要对秸秆改性进行进一步研究。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种基于乳酸改性的秸秆重金属离子吸附剂及其制备方法和应用。本发明先采用NaOH对秸秆进行预处理，然后使用乳酸水溶液进行改性，通过乳酸改性，将羧基引入纤维素中，明显增加氧元素和羧基含量，从而显著提高秸秆对重金属特别是对铜、铅离子的吸附率。

具体的，本发明的技术方案如下：

本发明的第一方面公开了乳酸在对秸秆进行改性以制备秸秆重金属离子吸附剂中的应用。

本发明的第二个方面，公开了基于乳酸改性的秸秆重金属离子吸附剂的制备方法，包括：

(1)将秸秆粉粹后置于NaOH溶液中搅拌处理；

(2)将经步骤(1)处理后的秸秆置于乳酸溶液中搅拌处理得秸秆重金属离子吸附剂。

优选的，所述步骤(1)中在秸秆粉粹前对秸秆进行预处理，所述预处理方式为用水将秸秆洗净并烘干，进一步优选的，所述烘干温度为60℃；

优选的，所述步骤(1)中秸秆粉粹至粒径小于等于0.2mm，将秸秆粉粹，从而有效增大了秸秆的比表面积，同时也有利于后续与改性剂的充分接触，从而提高最终制备产品的重金属吸附效率；但是粉粹粒径越小，其人力物力耗费越大，发明人经过不断实验摸索，最终确定将秸秆粉粹至粒径小于等于0.2mm，即可达到极佳的重金属吸附率；