[發(fā)明專利]一種啤酒糟生物炭的制備及其在含鉛廢水中的應(yīng)用

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• 申請日: 2017-09-26
• 公開（公告）號: CN107456950A
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐小遜;吳嬌;盛美華;董袁媛;張雨豪;王丹;張世熔
• 申請（專利權(quán)）人: 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/30;C10B53/02;C02F1/28;C02F101/20
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11246
• 代理人: 夏艷

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種啤酒糟生物炭的制備及其在含鉛廢水中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

在我國，每年釋放到環(huán)境中鉛的含量為3.5萬噸，其中約30％鉛污染物最終匯集到水體中。鉛污染的來源主要是鉛礦開采、汽車尾氣的大量排放、工業(yè)堆棄廢渣等。水體鉛污染物可通過消化道進(jìn)入人體，造成人體急性中毒，嚴(yán)重時會使人體心血管小動脈硬化以及男女生殖功能異常。據(jù)研究表明，一旦發(fā)生鉛中毒會嚴(yán)重影響人體生長發(fā)育、智力和記憶力等健康功能。因此，有效治理水體鉛污染迫在眉睫。目前，廢水鉛污染的修復(fù)技術(shù)主要有化學(xué)沉淀法、離子交換法、微電解法、絮凝等，但這些方法存在易造成二次污染，成本高，效率低等問題，因此，進(jìn)一步尋找環(huán)境友好、高效且經(jīng)濟(jì)可行的含鉛廢水處理技術(shù)是關(guān)鍵。近年來，生物炭吸附法因其具有成本低、效率高等優(yōu)勢逐漸成為研究的熱點(diǎn)。

生物炭具有密度小、孔隙度大的特點(diǎn)，能夠有效的吸附水體中重金屬離子；其次，生物炭表面帶有一系列含氧官能團(tuán)，對重金屬離子具有較強(qiáng)的吸附性能。因此，生物炭被廣泛應(yīng)用于處理水體重金屬污染。制備生物炭的材料需含有纖維素、木質(zhì)素等含碳量高的物質(zhì)。目前，以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活性廢棄生物質(zhì)作為生物炭生產(chǎn)原料的思路得到重視。農(nóng)田廢棄物、生活垃圾、牲畜糞便、工業(yè)廢渣、污泥等均可作為制備生物炭的原料。

啤酒糟是啤酒工業(yè)的主要副產(chǎn)物，是以大麥為原料經(jīng)發(fā)酵提取子實中可溶性碳水化合物后的殘渣。每產(chǎn)生1噸產(chǎn)品就能產(chǎn)生10-15噸的廢棄物，在這些廢棄物中含有蛋白質(zhì)，礦物質(zhì)，有機(jī)質(zhì)等。對于這些廢棄物，一般是當(dāng)作飼料和肥料來使用，但目前，不論是在肥料和飼料上，啤酒糟都不占有優(yōu)勢，使得其價格往往低于其價值。因此，如何提高啤酒糟的利用價值是目前亟待解決的問題。而我們對啤酒糟成分分析時發(fā)現(xiàn)，啤酒糟富含蛋白質(zhì)、糖類和粗纖維等物質(zhì)，具有良好的制備生物炭的潛力。

因此，本發(fā)明在現(xiàn)有技術(shù)上，充分利用啤酒工業(yè)的廢棄物，提高其利用價值的同時制備出一種應(yīng)用于含鉛廢水的生物炭。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種啤酒糟生物炭的制備及其在含鉛廢水中的應(yīng)用。

本發(fā)明的一種啤酒糟生物炭的制備方法，包括以下步驟：

A、將濕啤酒糟材料置于在置于40-60℃烘干，烘干后用密封袋封裝，并排除里面的氣體，置于烘箱中進(jìn)行干燥保存；

B、將粉碎的啤酒糟于瓷坩堝中，壓實蓋上蓋子，在熱解溫度為300-750℃，放置于馬弗爐內(nèi)熱解炭化1-3h；

C、待冷卻至室溫后研磨，過篩后分別密封保存，并置于烘箱中干燥保存。

作為優(yōu)選方案，通過pH、比表面積特征篩選，如圖1和表1所示，以上啤酒糟生物炭，所述炭化溫度為700℃，炭化時間為2h，過篩粒徑為100目。

表1 生物炭的比表面積

本發(fā)明提供的啤酒糟生物炭可以應(yīng)用于去除廢水中的鉛。

作為優(yōu)選方案，所述的啤酒糟生物炭在去除廢水中的鉛中的應(yīng)用，具體過程如下：將硝酸鉛溶液稀釋至濃度為50mg/L，用硝酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液pH值；稱取啤酒糟生物炭置于50ml離心管中，加入40mL的硝酸鉛，在200-400r/min恒溫振蕩箱中振蕩0.5-12h。

作為優(yōu)選方案，以上所述啤酒糟生物炭在去除廢水中的鉛過程中，處理時調(diào)節(jié)pH為2-5.5，處理時間為3-24h，處理溫度為20-45℃。

作為更優(yōu)方案，處理時,啤酒糟的用量為0.1-0.3g/40mL。

作為更優(yōu)方案，處理時,啤酒糟的用量為0.15g/40mL，處理時調(diào)節(jié)pH為4，處理溫度為25℃，處理時間為12h。

吸附條件的篩選：

(1)啤酒糟生物炭的溶液pH值篩選

將鉛硝酸鉛溶液稀釋濃度為50mg/L，pH設(shè)置梯度：2、3、4、5、5.5。恒溫(25℃)振蕩12h(250r/min)后過濾并稀釋。取700℃條件下制備的生物炭，同時做平行實驗3組。計算生物炭對鉛離子的吸附量(mg/L)。試驗結(jié)果表明，當(dāng)溶液pH為4時對鉛離子有最高去除率，因此，本發(fā)明選擇最佳吸附pH為4，如圖2所示。

(2)啤酒糟生物炭的吸附時間篩選