[发明专利]一种大幅提高废弃生物质吸附重金属的复合生物吸附剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及化工领域，具体的说是一种可大幅提升农作物或木材废弃物吸附重金属性能的复合生物吸附剂及其制备方法。

背景技术

生物吸附剂是近年来环境治理领域的研究热点，自然资源或工农业生产过程中的一些副产物因价格低廉、来源广泛及二次污染轻等优势而不断被应用于环境污染的治理。农业废弃物是众多生物吸附剂中的一种，将其应用于水体中典型重金属离子的净化，不仅可削减污染物，同时能实现农业废弃物的资源化利用。这一点国内外有大量文献报道(Adsorption of copper ions from water by modified agricultural by-products，Desalination 2008,229,170-180；Adsorption kinetics of cadmium ions onto powdered corn cobs，The Canadian Journal of Chemical Engineering,2009,87,896-909)。农业生产中产生的农业废弃物随意丢弃将对外环境造成一定的影响，将其应用于废水中重金属污染的治理能取得一定的有益效果，但文献反映农业废弃物直接用于重金属的净化普遍存在着吸附量小、吸附选择性差、速度慢、净化深度不够等缺陷，因而该种材料很难适应日益苛刻的重金属安全控制标准。只有对其进行一定程度的改性才有可能实现农业废弃物的推广应用。

水合氧化铁对很多重金属离子均具有吸附容量大、吸附选择性强的优点，但由于颗粒细小(一般在微米或纳米维度内)，直接应用于实际流体会产生很大的压力降，故而很难实现工业化应用(The effect of nanocrystalline magnetite size on arsenic removal.Sci.Technol.Adv.Mater.,2007,8,71-76；Modeling Pb sorption to microporous amorphous oxides as discrete particles and coatings,Journal of Colloid and Interface Science,2005,281,1-6.)。近年来，相关科研人员采用分子筛、活性炭、树脂、高分子聚合物等作为颗粒态氧化铁的支撑物制备复合吸附剂，以应对水合氧化铁难以直接应用的缺陷。而往往这些人工合成的支撑材料制备过程较为繁琐、成本较高，很难实现大规模的推广应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种大幅提高废弃生物质吸附重金属的复合生物吸附剂及其制备方法，该吸附剂不仅解决了颗粒态水合氧化铁难以直接应用的缺陷，且充分利用了农业废弃物表面的-COOH、-NH₂等活性基团引发的Donnan膜效益，大幅提升了农业废弃物对重金属离子的吸附容量、吸附速度和吸附选择性，以实现农业废弃物净化重金属的推广应用。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

一种大幅提高废弃生物质吸附重金属的复合生物吸附剂，其特点在于，所述生物吸附剂组分包括农作物或木材废弃物制成的颗粒以及负载于颗粒表面的纳米水合氧化铁，所述水合氧化铁的负载量以铁计为10-100mg/g。

作为优选：所述农作物或木材废弃物颗粒选自玉米棒、坚果壳、锯末、农作物秸秆中的任意一种或一种以上任意组合。

作为优选：所述的粒径为0.1-1.0mm，比表面积为5-15m²/g。

一种大幅提高废弃生物质吸附重金属的复合生物吸附剂的制备方法，其特点在于包括以下步骤：

A.将水溶性的Fe(III)盐溶于蒸馏水中得到Fe(III)溶液，所述Fe(III)溶液的浓度为0.5-2mol/L；

B.使Fe(III)溶液在15-60摄氏度下缓慢通过装有颗粒态的农作物废弃物或木材废弃物的吸附柱，并使固体颗粒与Fe(III)溶液充分接触；

C.将步骤B所得农业废弃物颗粒倒出并在40-60摄氏度下烘干2h，随后加入到质量分数分别为3％-5％NaOH和NaCl的混合溶液中，并在15-60摄氏度下震荡12-24h；

D.滤出步骤C所得废弃物颗粒，先用0.001M HCl冲洗至pH 4-5，接着用蒸馏水冲洗至pH值6-8；

E.将步骤D所得废弃物颗粒于40-60摄氏度下烘干12-24h即得负载纳米氧化铁的复合生物吸附剂。