[发明专利]一种高效可循环利用的沼渣炭基阳离子吸附剂的制备方法

说明书

本发明涉及一种高效可循环利用的沼渣炭基阳离子吸附剂的制备方法，该方法以农作物秸秆厌氧发酵生成的沼渣和小分子有机酸为主要原料制得，所得沼渣炭基吸附剂具有较高比表面积，且表面引入了大量羧基官能团。本发明所制备的沼渣基重金属吸附剂属于环境友好型材料，其具有生产工艺简单、吸附性能好、化学稳定性强、可多次循环利用等优点。同时，该发明所得吸附剂可以广泛应用于多种重金属离子的工业废水或其他受污染水体，实现了沼渣“以废治废”“变废为宝”的环保目标。

技术领域

本发明涉及一种阳离子吸附剂的制备方法，具体是一种高效可循环利用的沼渣炭基吸附剂的制备方法，属于固体废物资源化利用及环境治理技术领域。

背景技术

厌氧发酵产沼气技术可以有效解决环境污染的问题，是秸秆等农业有机固体废弃物资源化和能源化使用的一种有效途径。秸秆的厌氧发酵技术不仅实现了废弃秸秆资源的无害化、减量化和资源化有效处理，而且也加快了国家进一步调整能源结构的步伐。然而在积极发展沼气工程建设的同时，随之产生了含有有机质、病原菌和腐殖酸等成分的发酵残余物沼渣。在产沼气的过程中产生的沼渣体量大，无法及时消纳，这成为了限制沼气工程可持续发展的瓶颈之一。由于传统的沼渣资源化利用方式对沼渣利用率低，且对环境或人体都有着潜在的影响，随着我国可持续发展战略的不断推进，对沼渣进行综合利用和高值化利用的新方法受到了越来越多的关注。

鉴于沼渣含有丰富的纤维结构，可以直接依靠自身的纤维素、半纤维素和木质素等结构中的官能团，如羟基、肽链等与废水中重金属离子发生相互作用，实现水体中重金属离子的去除，同时这些结构也使沼渣具备了良好的改性潜力。因此，为了提高沼渣资源的使用价值，实现农业废弃物沼渣的高值化转化，将沼渣用作吸附剂具有良好的可行性这可以实现以“废”治“废”的处理目标，具有良好的可行性，同时这也是近几年环境功能材料领域的研究热点。沼渣作为吸附剂的相关研究尚处于起步阶段，尽管沼渣可直接用于吸附重金属离子，但是由于沼渣表面吸附位点有限，与重金属离子之间的相互作用弱，导致了沼渣对重金属吸附的能力有限，远不及人们的预期。同时，沼渣作为秸秆厌氧发酵后的产物，易碎易断，导致其产品机械强度较小，在水处理应用中受限。为了更好地利用沼渣资源，须对其结构进行化学改性，使其适用范围更广，吸附能力更强。

因此，亟需研发一种机械强度高、化学稳定性好、吸附能力强的环境友好型沼渣基阳离子吸附剂。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种高效可循环利用的沼渣炭基阳离子吸附剂的制备方法，本发明方法首先将沼渣进行低温碳化，随后，以次磷酸钠为催化剂，利用小分子有机酸对沼渣炭进行改性，使沼渣表面引入大量羧基官能团，得到了机械强度高、吸附能力强、循环利用效果好的环境友好型沼渣炭基吸附剂，且该方法对原料沼渣颗粒尺寸无要求、步骤简单，操作方便。

原料说明：

沼渣：本发明的沼渣为秸秆厌氧发酵产生的废物沼渣，含水率10％，其纤维素含量为20-40％，半纤维素含量为10-30％，木质素含量为10-30％，蛋白质及灰分含量为5-20％。

本发明的技术方案如下：

一种高效可循环利用的沼渣炭基阳离子吸附剂的制备方法，包括步骤如下：

(1)将沼渣适量平铺于磁舟中，将磁舟转移至高温管式炉中，在氮气气氛下进行低温碳化，按5℃/min的升温速率升至一定温度后，保温2小时后，冷却至室温取出。

(2)将低温碳化后的沼渣炭与小分子有机酸溶液混合，加入次磷酸钠后在油浴加热条件下进行酯化反应，使有效官能团成功嫁接至沼渣结构中，将终产物用碱性溶液洗涤并抽滤，再用去离子水洗涤，烘干、筛分，即得小分子有机酸改性的沼渣基吸附剂。

根据本发明优选的，步骤(1)中升温至200～400℃进行低温碳化。

进一步优选的，碳化温度为250～350℃。