本發(fā)明屬于材料領域，涉及一種筍殼基活性炭的制備方法及使用方法.
背景技術：
染料廢水水量大、成分復雜、色度深、毒性強，如果未經(jīng)過標準處理，直接排放到水體中，必將造成污染，給生態(tài)環(huán)境和人類健康帶來危害。隨著染料種類不斷增加、染色工藝不斷發(fā)展，染料廢水更加復雜。利用相應技術處理不同種類染料廢水，實現(xiàn)廢水達標排放或回收利用，已成為當前環(huán)境治理迫切需要解決的問題。目前常用的方法有：化學法、電化學還原法、膜分離法、水生物法、離子交換法和吸附法等。
吸附法能夠選擇性地吸附有機化合物，對染料廢水的去除效果明顯，目前活性炭是應用最為普遍的一類吸附劑，它的比表面積大，吸附能力強，選擇性好，對大多數(shù)染料廢水都具有良好的處理效果。但是活性炭成本高，再生困難，因此開發(fā)新型高效價廉的吸附劑，如一些天然植物材料，價格低廉，來源豐富，將其改性處理后，用來做吸附劑處理染料廢水，具有廣闊的應用前景。
筍殼作為農(nóng)作物的產(chǎn)物，其中含有豐富的纖維素、半纖維素以及木質(zhì)素等有機成分，因而具有眾多的羥基、羧基和氨基等官能團，可以與吸附劑發(fā)生離子交換、絡合等作用。如果加入或去除某些基團，就有可能提高筍殼的吸附能力或?qū)δ承┗鶊F或離子進行選擇性的吸附能力。將筍殼進行改性處理，降低纖維素的結晶度、聚合度，破壞纖維素、半纖維素的結合層，有效地增加比表面積，能夠增加筍殼的吸附性能。
化學法是一種比較簡易、有效的處理染料廢水的方法。依據(jù)不同的處理物質(zhì)，采用不同的處理工藝與方法，但也引入了新的污染物質(zhì)，造成新的污染問題。
電化學還原法是一種將電化學法與催化工藝技術相結合而發(fā)展起來的更高效、更經(jīng)濟、更具競爭力的廢水處理技術。具有選擇性高、自動化程度高等優(yōu)點，但是所用的金屬電極材料容易出現(xiàn)表面的腐蝕、鈍化以及表面污染等現(xiàn)象。
膜分離法是通過膜的選擇透過性將污染物和水進行分離。但費用較高，且膜的質(zhì)量將直接影響去除效果，需要對膜進行及時的清洗和更換，因此在實際應用中受到較大的制約。
水生物法是利用水生植物以及其根系位置的微生物吸收、累積并且全部或部分還原降解水中離子的技術，主要應用于富營養(yǎng)化水體中氮磷的處理，但現(xiàn)階段利用該法吸附處理多處于實驗室的研究階段。
離子交換法是利用離子交換樹脂對染料廢水進行脫色處理，但由于離子交換樹脂不能適應各種類型染料的分離，而且操作費用高，去除分散染料的效果有限，使得離子交換樹脂未能在染料廢水處理中廣泛應用。
吸附法處理染料廢水具有方便簡便、效率高、投資少、周期短等特點，經(jīng)濟適用，符合我國國情，歷來受到重視。活性炭具有比表面積大，孔隙結構發(fā)達等特點，是一種高性能的吸附劑，可廣泛應用于多種氣相和液相污染物的去除。但是由于成本高和再生損耗高等缺點限制了其使用的范圍。未改性的生物質(zhì)本身對染料也具有一定的吸附能力，主要是依靠纖維素、半纖維素等結構中的功能性基團，如羥基、羧基等與水中的染料離子發(fā)生相互作用。但是直接利用生物質(zhì)作為水處理吸附劑，吸附效果比較差，為了提高吸附效果，必須對其結構進行活化改性。
活性炭的細孔構造與活化方法和活化條件有關，常用的活化方法有物理活化法和化學活化法。
物理活化法一般包括兩個步驟，首先是含碳材料的炭化過程，然后高溫炭化的產(chǎn)物在通入活化氣體的條件下升溫活化?；罨瘹怏w一般采用二氧化碳、水蒸氣、空氣或者它們的混合氣體。二氧化碳是常用的活化氣體，活化反應速率較慢，活化反應速率較慢，易于控制活化反應過程，因此應用廣泛。采用農(nóng)業(yè)廢棄物等作為原材料，采用物理活化法制備了木質(zhì)活性炭。一般反應過程需要較高的活化溫度。
化學活化法制備活性炭工藝較為簡單，一般用化學活化劑按一定比例與原料浸泡，進行脫水和氧化，然后在高溫條件下炭化和活化反應同時完成?；瘜W活化法炭化和活化反應過程一步完成，能耗低，能夠在較低的溫度下制備孔結構良好的活性炭。當前，化學活化法廣泛地用于生物質(zhì)基活性炭的制備。常用的活化劑有氯化鋅、氫氧化物、磷酸和碳酸鉀等。
筍殼在我國是極為豐富的自然資源，以往總是被當作農(nóng)業(yè)廢棄物直接丟棄或焚燒，不僅污染環(huán)境，而且更是一種資源的浪費。筍殼的主要成分為木質(zhì)素、纖維素和半纖維素，筍殼中含有大量的含氧官能團(羥基)，成為制備活性炭的首選材料。利用筍殼廢棄物來制備活性炭，并對活性炭進行負載改性，可以有效提高其對染料廢水的吸附能力。
技術方案：
為解決當前染料污水處理問題，本發(fā)明提供了一種筍殼基活性炭的制備方法及使用方法。
本發(fā)明是采用如下技術方案實現(xiàn)的：
一種筍殼基活性炭的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
步驟一)使用自來水清洗筍殼，再用蒸餾水清洗筍殼；將筍殼放入烘箱內(nèi)，在70℃條件下烘干，粉碎，過60目分樣篩，得到筍殼粉末；
步驟二)將無水乙醇和0.2-0.5mol/L的氫氧化鈉溶液以1:1的比例混合，再加入筍殼粉末，固液比為1:8g/ml；浸泡24h后，水洗至pH值為中性，經(jīng)離心分離后，將沉淀置于烘箱內(nèi)70℃烘干，得到預處理筍殼粉末；
步驟三)將預處理筍殼粉末放入馬弗爐內(nèi)，在300-500℃的溫度下煅燒2-5h，得到筍殼基活性炭粉末；
步驟四)將10-20重量份的活性劑溶解在200重量份水中，加入5重量份筍殼基活性炭粉末，室溫下磁力攪拌24h，逐滴滴加濃氨水至pH為10，加入0.1-1.0重量份硅酸鈉，繼續(xù)攪拌1h。沉淀完全后過濾，用蒸餾水洗滌沉淀物，再將沉淀物置于烘箱中烘干，得到筍殼基活性炭前驅(qū)體；
步驟五)將筍殼基活性炭前驅(qū)體在300-500℃下熱處理2-3h，得到筍殼基活性炭。
進一步的改進，所述活性劑為氯化鎂、氯化鋅、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鎂、磷酸或硝酸。
進一步的改進，所述活性劑為氯化鎂。
本發(fā)明還提供了一種使用筍殼基活性炭處理染料廢水的方法，在250重量份的染料廢水中加入1重量份的筍殼基活性炭，將染料廢水的pH調(diào)節(jié)為8，在303K的溫度下，靜態(tài)吸附80min。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點
本發(fā)明以農(nóng)業(yè)廢棄物筍殼和氯化鎂作為原材料，硅酸鈉為粘合劑來制備活性炭。采用乙醇和氫氧化鈉來進行筍殼的前處理，乙醇可以去除筍殼中的色素等小分子化合物，氫氧化鈉則可與纖維素中的醇羥基或酚羥基反應，生成醇鈉，有利于提高生物吸附劑對染料廢水的吸附效率。選取氯化鎂作為活化劑得到的活性炭可同時具有親水性和非親水性的特性，在吸附染料廢水治理中具有良好的性能。氯化鎂筍殼基活性炭吸附結晶紫是自發(fā)吸熱過程。并利用熱力學和動力學模型分析了氯化鎂筍殼基活性炭吸附結晶紫的吸附熱力學、動力學特征及吸附機理，為氯化鎂筍殼基活性炭廣泛應用于染料廢水的處理提供一定的理論研究基礎。
具體實施方式：
實施例1
一種筍殼基活性炭的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
步驟一)使用自來水清洗筍殼，再用蒸餾水清洗筍殼；將筍殼放入烘箱內(nèi)，在70℃條件下烘干，粉碎，過60目分樣篩，得到筍殼粉末；
步驟二)將無水乙醇和0.2mol/L的氫氧化鈉溶液以1:1的比例混合，再加入筍殼粉末，固液比為1:8g/ml；浸泡24h后，水洗至pH值為中性，經(jīng)離心分離后，將沉淀置于烘箱內(nèi)70℃烘干，得到預處理筍殼粉末；
步驟三)將預處理筍殼粉末放入馬弗爐內(nèi)，在300℃的溫度下煅燒5h，得到筍殼基活性炭粉末；
步驟四)將10-20重量份的氯化鋅溶解在200重量份水中，加入5重量份筍殼基活性炭粉末，室溫下磁力攪拌24h，逐滴滴加濃氨水至pH為10，加入0.1重量份硅酸鈉，繼續(xù)攪拌1h。沉淀完全后過濾，用蒸餾水洗滌沉淀物，再將沉淀物置于烘箱中烘干，得到筍殼基活性炭前驅(qū)體；
步驟五)將筍殼基活性炭前驅(qū)體在400℃下熱處理2-3h，得到筍殼基活性炭。
實施例二
一種筍殼基活性炭的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
步驟一)使用自來水清洗筍殼，再用蒸餾水清洗筍殼；將筍殼放入烘箱內(nèi)，在70℃條件下烘干，粉碎，過60目分樣篩，得到筍殼粉末；
步驟二)將無水乙醇和0.5mol/L的氫氧化鈉溶液以1:1的比例混合，再加入筍殼粉末，固液比為1:8g/ml；浸泡24h后，水洗至pH值為中性，經(jīng)離心分離后，將沉淀置于烘箱內(nèi)70℃烘干，得到預處理筍殼粉末；
步驟三)將預處理筍殼粉末放入馬弗爐內(nèi)，在400℃的溫度下煅燒4h，得到筍殼基活性炭粉末；
步驟四)將15重量份的氯化鎂溶解在200重量份水中，加入5重量份筍殼基活性炭粉末，室溫下磁力攪拌24h，逐滴滴加濃氨水至pH為10，加入0.5重量份硅酸鈉，繼續(xù)攪拌1h。沉淀完全后過濾，用蒸餾水洗滌沉淀物，再將沉淀物置于烘箱中烘干，得到筍殼基活性炭前驅(qū)體；
步驟五)將筍殼基活性炭前驅(qū)體在300℃下熱處理3h，得到筍殼基活性炭。
實施例三
步驟一)使用自來水清洗筍殼，再用蒸餾水清洗筍殼；將筍殼放入烘箱內(nèi)，在70℃條件下烘干，粉碎，過60目分樣篩，得到筍殼粉末；
步驟二)將無水乙醇和0.5mol/L的氫氧化鈉溶液以1:1的比例混合，再加入筍殼粉末，固液比為1:8g/ml；浸泡24h后，水洗至pH值為中性，經(jīng)離心分離后，將沉淀置于烘箱內(nèi)70℃烘干，得到預處理筍殼粉末；
步驟三)將預處理筍殼粉末放入馬弗爐內(nèi)，在500℃的溫度下煅燒2h，得到筍殼基活性炭粉末；
步驟四)將20重量份的85％質(zhì)量分數(shù)的磷酸于在200重量份水中，加入5重量份筍殼基活性炭粉末，室溫下磁力攪拌24h，逐滴滴加濃氨水至pH為10，加入1.0重量份硅酸鈉，繼續(xù)攪拌1h。沉淀完全后過濾，用蒸餾水洗滌沉淀物，再將沉淀物置于烘箱中烘干，得到筍殼基活性炭前驅(qū)體；
步驟五)將筍殼基活性炭前驅(qū)體在500℃下熱處理2h，得到筍殼基活性炭。
實施例4吸附能力測試
稱取0.1g實施例2中制取的筍殼基活性炭加入到25mL質(zhì)量濃度為20-200mg/L結晶紫染料，調(diào)節(jié)溶液的pH值為4-11，恒溫振蕩器溫度293-333K，靜態(tài)吸附30-100min后，離心得到濾液。將濾液采用分光光度法測定結晶紫的吸光度來確定其質(zhì)量濃度。用紫外可見分光光度計在結晶紫的最大吸收波長590nm處，以蒸餾水為空白溶液測定各溶液的吸光度。分析濾液中剩余結晶紫的質(zhì)量濃度，計算出氯化鎂筍殼基活性炭對結晶紫的吸附量。結果表明，吸附量均隨初始質(zhì)量濃度、pH值、溫度和吸附時間的增大而增大。
綜合考慮各方面的因素，摸索出吸附實驗的最佳條件：0.1g筍殼基活性炭加入到25mL質(zhì)量濃度為100mg/L結晶紫染料，調(diào)節(jié)溶液的pH值為8，恒溫振蕩器溫度303K，靜態(tài)吸附80min，此時吸附量達到11.5mg/g。