[发明专利]一种去除酸性矿山废水中SO42-的吸附剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种去除酸性矿山废水中SO₄^2-的吸附剂，具体是一种含有阴离子交换基团即季胺基的农业秸秆改性吸附剂及其制备方法，属于水处理技术和应用领域。

背景技术

据统计，我国各类矿山废水的排放量大约为每年25亿立方，约占全国工业废水排放量的10％。其中酸性矿山废水(Acid Mine Drainage，简称AMD)，由于其酸性强、排量大、含有大量可容态的有毒金属离子和SO₄^2-，成为矿山开采过程中最为严重的环境问题之一。AMD的来源通常认为是在煤矿和各类金属矿的开采过程中，含硫化物矿石暴露在空气中被氧化，经过雨水和选矿水的淋洗后逐渐形成含有大量H⁺、SO₄^2-和一些有毒金属元素的废水。此废水极有可能随雨水进入溪流、堤坝中，进而污染河流和地下水，造成地区性的生态和环境问题。为此，许多国家相继投入了大量的人力、物力去研究和寻找AMD的源头控制技术和处理方法。考虑到AMD中重金属的危害大，后果严重，所开发的废水处理技术大多是针对重金属的去除，如沉淀法、膜分离法以及吸附法。

然而就AMD中SO₄^2-的去除，目前来看，开展的研究工作很少。其实AMD中SO₄^2-的环境危害是不容忽视的。硫酸盐在微生物的作用下会被还原降解，该过程会释放恶臭气体硫化氢，而且涉及电子转移，会对金属管道造成电化学腐蚀，也有研究指出水体SO₄^2-浓度的增加会直接加重混凝土构筑物的腐蚀破坏；从而长远考虑，若对AMD中SO₄^2-放任不理，使其随溪流扩散，渗入地下水，与Ca²⁺、Mg²⁺结合增加地下水硬度，威胁矿区饮水安全。尽管硫元素是人体代谢所需的重要营养元素，但过多摄入可能引发严重的健康问题，如疟疾和结石。

现有常用的SO₄^2-去除技术如钡盐和钙盐沉淀法，冷冻法，主要是针对工业卤水中SO₄^2-去除，由于AMD水量太大，pH值较低，这些方法并不适用。而且化学加药沉淀法运行成本较高，可能造成二次污染或需要进行后处理。与此相比，吸附法由于其选择性高，迅速有效的特点，尤其是随着廉价吸附材料的开发应用，其处理成本可随之大幅降低，具有很好的发展前景。因此开发成本低廉，吸附容量合适的吸附材料，用以去除AMD中SO₄^2-具有重要的应用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种去除酸性矿山废水中SO₄^2-的吸附剂，本发明还提供该吸附剂的制备方法。所述农业秸秆富含纤维素和木质素，也称作农业废弃物或木质纤维素材料，具有数量丰富，价格低廉，每年可再生的特点。秸秆材料由于纤维素携带的众多羟基，使其对金属阳离子天然有一定的结合能力，但是对阴离子污染物的吸附能力非常弱。因此若要以成本低廉的农业秸秆为吸附剂去除AMD中的SO₄^2-，需要对这些羟基进行适当的化学改性，即在农业秸秆材料上引入阳离子基团来提高其结合SO₄^2-的能力。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种去除酸性矿山废水中SO₄^2-的吸附剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将农业秸秆依次进行清洗、烘干、粉碎处理；(2)然后将农业秸秆进行碱化处理；(3)将碱化处理后的秸秆进行脱水处理；(4)脱水后的碱化秸秆与过量的环氧氯丙烷进行交联反应，并回收剩余的环氧氯丙烷；(5)将交联反应的产物与过量的三甲胺水溶液进行季胺化反应，得到固相产物；(6)将固相产物清洗、干燥后即得到吸附剂。

优选地，步骤(2)所述碱化处理是将农业秸秆置于NaOH溶液中，浸泡3～12小时；所述NaOH溶液的质量分数为10％～18％，其使用量为20～60ml/g秸秆原料。NaOH溶液浓度太低要相应增加处理时间，浓度过高会造成秸秆中纤维素的过分解聚，降低产物收率。