[發(fā)明專利]一種用于去除水中重金屬離子的生物質(zhì)基吸附材料及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610136566.6
• 申請日: 2016-03-10
• 公開（公告）號: CN107175080A
• 公開（公告）日: 2017-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳敏;黃勇;黃大勇;李博軒
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所
• 主分類號: B01J20/24
• 分類號: B01J20/24;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/62
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司11257
• 代理人: 張文祎,趙曉丹

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及生物質(zhì)材料表面功能化制備水處理吸附材料領(lǐng)域。更具體地，涉及一種基于生物質(zhì)材料負(fù)載無機(jī)粒子復(fù)合物對水中重金屬離子進(jìn)行高效吸附的材料及其制備方法。

背景技術(shù)

“重金屬”是對原子密度大于6g·cm^-3的一類金屬和非金屬的總稱，在環(huán)境污染方面所說的重金屬主要是指汞、鎘、鉛、銅、鉻以及類金屬砷等生物毒性顯著的重元素。銅作為人體必需的微量元素，成人每日需要量約為20mg，而過量銅的攝入會導(dǎo)致嘔吐、昏迷、心血管疾病和威爾遜病(銅代謝異常引起的神經(jīng)性或肝的疾病)。我國在2012年發(fā)布的生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB5750-2012)中規(guī)定，飲用水中銅的限值為1.0mg L^-1。鉻的攝入對呼吸道、消化道、皮膚、粘膜均有刺激，長期接觸會引起慢性中毒，嚴(yán)重者會造成呼吸系統(tǒng)的癌變。國際癌癥研究機(jī)構(gòu)(IARQ)已確認(rèn)六價鉻化合物具有致癌性。我國在2012年發(fā)布的生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB5750-2012)中規(guī)定，飲用水中鉻的限值為0.05mg L^-1。大量鉛的攝入會引起腦部的病變，我國在2006年發(fā)布的生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB5749-2006)中規(guī)定，飲用水中鉛的限值為0.01mg L^-1。隨著工業(yè)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，我國工業(yè)廢水的排放也在逐年增加，這些重金屬離子會隨著工業(yè)廢水的排放而進(jìn)入水系統(tǒng)中，因此重金屬離子的去除已然成為水處理的一個重要方面。

針對處理重金屬對環(huán)境造成污染這一問題，已經(jīng)有很多研究和報道。主要分為幾個方面：物化法(化學(xué)沉淀法，氧化還原法，氣浮法，絮凝法)、生物法(植物提取修復(fù)法)、膜分離技術(shù)、催化法、吸附法等。吸附法具有成本低廉、易于操作、高效多樣、可重復(fù)利用等多種特點(diǎn)，在處理重金屬廢水中是最常用也是最有效的方法之一。很多材料可以用來做吸附劑，例如天然礦物類、殼聚糖類、氨基改性介孔硅類、微生物類等等。這些普通的吸附劑在水處理中會有一個問題，即吸附劑不容易脫除，脫除吸附劑的過程不僅浪費(fèi) 時間，還會增加額外的成本。

另外，生物質(zhì)材料尤其是農(nóng)業(yè)廢棄物是一種非常豐富且價廉的資源。在中國，僅僅作為農(nóng)業(yè)廢料的麥秸稈年產(chǎn)量就可以達(dá)到6億噸。因此，如果能將生物質(zhì)材料充分利用，提供一種易于快速脫除的用于去除水中重金屬離子的生物質(zhì)基吸附材料，將會有巨大的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個目的在于提供一種綠色、高效、成本低廉的用于去除水中Cu²⁺、Cr₂O₇^2-、Pb²⁺等重金屬離子的生物質(zhì)基復(fù)合吸附材料，這種復(fù)合吸附材料負(fù)載有含有鐵的無機(jī)磁性粒子以及含有鎂的無機(jī)粒子，可以高效的吸附水中重金屬離子，使水中重金屬含量遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)，且可以在外加磁場作用下快速從水中去除。同時所述的生物質(zhì)基吸附材料具有更廣的吸附范圍和更高的吸附容量。

本發(fā)明的另一個目的在于提供一種用于去除水中重金屬離子的生物質(zhì)基吸附材料的制備方法。該制備方法簡單快速，且可操作性強(qiáng)。

本發(fā)明的第三個目的在于提供一種用于去除水中重金屬離子的生物質(zhì)基吸附材料的應(yīng)用。

為達(dá)到上述第一個目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種用于去除水中重金屬離子的生物質(zhì)基吸附材料，所述生物質(zhì)基吸附材料包括生物質(zhì)基體材料以及負(fù)載在生物質(zhì)基體材料表面的無機(jī)粒子；所述生物質(zhì)基體材料的比表面積為1m²/g-100m²/g；所述無機(jī)粒子包括含鐵的無機(jī)磁性粒子以及含鎂的無機(jī)粒子；所述無機(jī)粒子負(fù)載量為吸附材料總量的10-70wt％。

本發(fā)明的吸附劑具有兩個特點(diǎn)，一是具有磁性，二是能夠吸附重金屬離子。負(fù)載的含鐵的無機(jī)磁性粒子是為了使吸附劑具有磁性，而所負(fù)載的含鐵的無機(jī)磁性粒子對重金屬離子并無吸附作用。負(fù)載的含鎂的無機(jī)粒子是為了吸附重金屬離子。所以無機(jī)粒子必須同時含有含鐵的無機(jī)磁性粒子以及含鎂的無機(jī)粒子。

優(yōu)選地，所述生物質(zhì)基體材料選自天然草本植物或木本植物。

優(yōu)選地，所述草本植物選自農(nóng)作物秸稈、蘆葦、荻葦、芒桿、竹子、草坪的草屑中的一種或多種；所述木本植物選自樹木的落葉和/或木屑。

優(yōu)選地，所述農(nóng)作物秸稈選自麥草、稻草、玉米秸稈、大豆秸稈、棉花 秸稈、紅薯秧中的一種或多種。

更優(yōu)選的，所述農(nóng)作物秸稈選自麥草秸稈，即麥秸稈。