一種改性豆渣吸附劑、制備方法及應用的制作方法
【專利摘要】一種改性豆渣吸附劑、制備方法及應用，屬于吸附劑【技術領域】。本發(fā)明的吸附劑為鹽酸改性處理的豆渣吸附劑，其制備方法為：用粉碎機將豆渣破碎，用蒸餾水洗滌去除雜質后干燥，篩選出500～800μm的豆渣顆粒，再將豆渣顆粒在鹽酸溶液中浸泡24～48h，過濾分離，濾渣用蒸餾水清洗至pH呈中性，干燥，即可。鹽酸改性的豆渣吸附劑可直接用于去除廢水中的偶氮類染料。本發(fā)明操作簡單，成本低，并且實現(xiàn)了廢棄豆渣的資源化利用。
【專利說明】—種改性豆渣吸附劑、制備方法及應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于吸附劑【技術領域】，涉及一種利用吸附劑去除廢水中偶氮類染料的方法，特別是涉及一種利用改性豆渣吸附劑去除廢水中偶氮類染料的方法。
【背景技術】
[0002]偶氮類染料因分子中含有偶氮鍵而得名，是合成染料中數(shù)量最多的品種，占有機染料產品總量的60?70%，用于各類纖維的染色與印花，并用于皮革、造紙、塑料等的染色。偶氮染料及其降解中間產物很多是“致畸、致癌、致突變”的“三致”物質，易對水體造成嚴重的有機污染和色度污染，危害生態(tài)環(huán)境。目前染料廢水的處理方法有主要包括混凝、膜分離、中和、電化學、厭氧消化等方法，其實際應用由于成本和脫色效果等因素的制約而受到限制。近年來，生物吸附法因具有廉價、高效、工藝簡單、對環(huán)境友好等顯著優(yōu)點而備受重視，而開發(fā)廉價高效的新型吸附材料則是生物吸附最關鍵的部分。偶氮染料中，水溶性酸性偶氮染料和活性偶氮染料是紡織印染工業(yè)中最常用的染料，廣泛應用于蛋白質纖維制品和纖維素纖維的染色，是染料廢水的主要組分，因此研究這兩種染料的生物吸附具有實際意義。中國作為世界第一農業(yè)大國，每年會產生大量的農業(yè)廢棄物，若處置不當，將會對環(huán)境造成嚴重的污染。農業(yè)廢棄物具有易獲取、來源廣泛、低成本等特點，經過簡單的處理就可以制備成高效的吸附劑，被認為是一種具有發(fā)展?jié)摿Φ奈讲牧稀?br> [0003]豆渣是豆?jié){和豆腐生產過程中的副產物。據(jù)估算，豆?jié){生產過程中每消耗Ikg大豆至少會產生Ikg豆渣。實際上，作為一種易獲取、成本低的農業(yè)廢棄物，豆渣主要由粗纖維組成，而粗纖維的主要組分(即纖維素、半纖維素及木質素等)可與染料結合，這使其成為一種很有發(fā)展?jié)摿Φ奈讲牧?。利用豆渣制備吸附劑處理廢水中偶氮類染料(以酸性紅14(Acid Redl4，縮寫為AR14)和活性紅15 (Reactive Redl5，縮寫為RR15)為例)，不僅實現(xiàn)了豆渣的資源化利用，同時可以解決環(huán)境污染問題，使受偶氮類染料污染的廢水得到凈化，達到變廢為寶、以廢(廢棄物)治廢(染料廢水)的效果。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明專利的目的在于提供一種高效、低成本的改性豆渣吸附劑、制備方法及吸附偶氮類染料的應用。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提出的改性豆渣吸附劑為鹽酸改性的豆渣吸附劑。
[0006]其制備方法包括以下步驟:
[0007]用粉碎機將豆渣破碎，用蒸餾水洗滌去除雜質后干燥，篩選出500?800 m的豆渣顆粒，再將豆渣顆粒在鹽酸溶液中浸泡24?48h，過濾分離，濾渣用蒸餾水清洗至pH呈中性，干燥，即得到改性豆渣吸附劑。
[0008]上述鹽酸溶液的濃度優(yōu)選0.10?0.50mol/L,豆渣顆粒與鹽酸溶液的用量優(yōu)選為豆渣顆粒質量(g):鹽酸溶液體積(mL)為:1: (20?100)，改性的溫度優(yōu)選20?50°C。
[0009]本發(fā)明的改性豆渣吸附劑直接用于吸附去除溶液中偶氮類染料一AR14和RR15[0010]上述改性豆渣吸附劑用于溶液中偶氮類染料的吸附去除優(yōu)選條件為:將含偶氮類染料的溶液調節(jié)PH為I?7 (優(yōu)選為2.0)，加入改性豆渣吸附劑，優(yōu)選使得改性豆渣吸附劑濃度為2.0g/L，吸附24?48小時后，過濾分離，濾液調至中性，排放。
[0011]偶氮類染料溶液中的偶氮類染料濃度為不超過400mg/L。
[0012]鹽酸改性豆渣吸附劑處理偶氮染料廢水時，堿性條件下解吸附再生是可行的。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:采用本發(fā)明的改性豆渣吸附劑用于含偶氮類染料的溶液或廢水處理，與混凝、膜分離、中和、電化學、厭氧消化等方法相比，成本低，對環(huán)境友好，不會產生新的污染。本發(fā)明所述的改性豆渣吸附劑，對含偶氮類染料的溶液吸附容量大(20°C，改性豆渣吸附劑對AR14和RRl5的最大單分子層吸附量Qtl分別為217.39mg/g和243.90mg/g)，去除效果顯著(AR14的最高去除率可達98.94%, RRl5的最高去除率可達99.10%)。本發(fā)明所述的吸附劑原材料來源廣泛，易于獲取，易于制備，對環(huán)境友好，不僅使受偶氮類染料污染的廢水得到凈化，而且為豆渣的利用提供了新的途徑，實現(xiàn)了豆渣的資源化利用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為豆渣吸附劑和本發(fā)明的改性豆渣吸附劑對AR14的去除率比較。
[0015]圖2為豆渣吸附劑和本發(fā)明的改性豆渣吸附劑對RR15的去除率比較。
[0016]圖3為不同初始pH對本發(fā)明的改性豆渣吸附劑吸附AR14和RR15的影響。
[0017]圖4為偶氮類染料的吸附效果與偶氮類染料的初始質量濃度的關系曲線。
[0018]圖5為本發(fā)明的改性豆洛吸附劑、改性豆洛吸附劑吸附AR14之后、改性豆洛吸附齊幡附RR15之后、改性豆渣吸附劑同時吸附AR14和RR15之后的紅外光譜圖。
【具體實施方式】
[0019]以下結合具體實施例子來進一步說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不限制于實施例。
[0020]實施例1
[0021]取一定質量的干燥豆渣，用粉碎機破碎，篩選出500?SOOiim粒徑的豆渣顆粒。將該豆渣顆粒與鹽酸溶液按照豆渣顆粒質量(g):鹽酸溶液體積UL)為1:100的比例浸泡于錐形瓶中，其中鹽酸溶液的濃度為0.lOmol/L，在20°C恒溫水浴搖床中振蕩(120轉/分鐘)48小時后，過濾分離，濾渣用蒸餾水清洗至pH呈中性，干燥(烘干或冷凍干燥)，即得到改性豆渣吸附劑。
[0022]對比例I
[0023]取一定質量的干燥豆渣，用粉碎機破碎，篩選出500?800 U m粒徑的豆渣，即得到豆渣吸附劑。
[0024]吸附測試例I
[0025]分別取實施例1和對比例I制備的吸附劑0.1Og分別加入50mL、pH為2.0的50mg/L AR14溶液中，于20°C下恒溫水浴搖床中振蕩(150轉/分鐘)24小時后，過濾分離，測定濾液中剩余AR14的濃度。
[0026]AR14的去除率如圖1所示。由圖1可見，豆渣吸附劑的AR14去除率為42.36%，改性豆渣吸附劑的AR14去除率為98.85%。與豆渣吸附劑相比，本發(fā)明的改性豆渣吸附劑顯著地提高了 AR14的去除率(提高了 56.49%)。[0027]吸附測試例2
[0028]分別取實施例1和對比例I制備的吸附劑0.1Og分別加入50mL、pH為2.0的50mg/L RRl5溶液中，于20°C下恒溫水浴搖床中振蕩(150轉/分鐘)24小時后，過濾分離，測定濾液中剩余RR15的濃度。
[0029]RR15的去除率如圖2所示。由圖2可見，豆渣吸附劑的RR15去除率為47.33%，改性豆渣吸附劑的RRl5去除率為99.23%。與豆渣吸附劑相比，本發(fā)明的改性豆渣吸附劑顯著地提高了 RR15的去除率(提高了 51.90%)。
[0030]實施例2
[0031]取一定質量的干燥豆渣，用粉碎機破碎，篩選出500-SOOiim粒徑的豆渣顆粒。將該豆渣顆粒與鹽酸溶液按照豆渣顆粒重量(g):鹽酸溶液體積UL)為1:60的比例浸泡于錐形瓶中，其中鹽酸溶液的濃度為0.20mol/L，在30°C恒溫水浴搖床中振蕩(150轉/分鐘)36小時后，過濾分離，濾渣用蒸餾水清洗至pH呈中性，干燥(烘干或冷凍干燥)，即得到改性豆渣吸附劑。
[0032]取改性豆渣吸附劑0.1Og分別加入溶液pH值為1.0,2.0,3.0,5.0,7.0,9.0,11.0，50mL50mg/L的AR14溶液中，于20°C下恒溫水浴搖床中振蕩(150轉/分鐘)24小時后，過濾分離，測定濾液中剩余AR14的濃度。
[0033]取改性豆渣吸附劑0.1Og分別加入溶液pH值為1.0,2.0,3.0,5.0,7.0,9.0,11.0，50mL50mg/L的RR15溶液中，于20°C下恒溫水浴搖床中振蕩(150轉/分鐘)24小時后，過濾分離，測定濾液中剩余RR15的濃度。
[0034]根據(jù)以下公式計算吸附容量:
[0035]qe=(C0-Ce)V/m
[0036]其中:qe為吸附容量，mg/g ；C0為染料初始濃度，Ce為吸附平衡時染料濃度，mg/L ；V為溶液體積，mL ；m為吸附劑質量，go
[0037]不同初始pH對改性豆渣吸附劑吸附AR14和RR15的影響如圖3所示。由圖3可見，pH對改性豆渣吸附劑吸附AR14和RR15的影響很大。隨著pH由1.0升高至2.0，吸附容量qe由不斷增大并達到最大值(AR14:24.83mg/g ；RR15:25.49mg/g) ;pH繼續(xù)升高，吸附容量qe逐漸下降，當PH大于7.0時，吸附過程明顯受到限制，AR14和RR15的qe分別僅為5.25mg/g和4.06mg/g。試驗證明改性豆渣吸附劑吸附AR14和RR15在pH為2.0時吸附效果最好。
[0038]因為染料廢水本身的pH范圍很寬(2-10)，如果用本發(fā)明的改性豆渣吸附劑處理偶氮染料廢水，若廢水本身的PH〈4，則只需投加少量酸(或酸性廢水)即可達到很好的吸附效果。由圖3還可以發(fā)現(xiàn)，用本發(fā)明的改性豆渣吸附劑處理偶氮染料廢水時，堿性條件下解吸附再生是可行的。
[0039]實施例3
[0040]取一定質量的干燥豆渣，用粉碎機破碎，篩選出500-800 u m粒徑的豆渣顆粒。將該豆渣顆粒與鹽酸溶液按照豆渣顆粒質量(g):鹽酸溶液體積UL)為1:40的比例浸泡于錐形瓶中，其中鹽酸溶液的濃度為0.30mol/L，在40°C恒溫水浴搖床中振蕩(150轉/分鐘)24小時后，過濾分離，濾渣用蒸餾水清洗至pH呈中性，干燥(烘干或冷凍干燥)，即得到改性豆渣吸附劑。
[0041]取改性豆渣吸附劑0.1Og分別加入50mL、pH為2.0、AR14濃度分別為100、200、300、400和500mg/L溶液中，于20°C下恒溫水浴搖床中振蕩(150轉/分鐘)36小時后，過濾分離，測定濾液中剩余AR14的濃度。
[0042]取改性豆渣吸附劑0.1Og分別加入50mL、pH為2.0、RRl5濃度分別為100、200、300、400和500mg/L溶液中，于20°C下恒溫水浴搖床中振蕩(150轉/分鐘)36小時后，過濾分離，測定濾液中剩余RR15的濃度。
[0043]AR14的吸附效果與AR14初始質量濃度的關系曲線如圖4(a)所示。在質量濃度梯度的驅動下，隨著AR14初始質量濃度由100mg/L增加到500mg/L，吸附容量qe由48.76mg/g上升到212.19mg/g，而去除率僅由98.94%下降到85.33%，這表明本發(fā)明的改性豆渣吸附劑可以在較寬的AR14質量濃度范圍內有很好的吸附效果，去除率在85%以上。
[0044]RRl5的吸附效果與RR15初始質量濃度的關系曲線如圖4(b)所示。在質量濃度梯度的驅動下，隨著RR15初始質量濃度由100mg/L增加到500mg/L，吸附容量qe由49.54mg/g上升到227.81mg/g，而去除率僅由99.10%下降到91.45%，這表明本發(fā)明的改性豆渣吸附劑可以在較寬的RR15質量濃度范圍內有很好的吸附效果，去除率在91%以上。
[0045]20°C下，用Langmuir等溫線計算得到的改性豆渣吸附劑吸附AR14和RR15的吸附容量Qtl分別是217.39mg/g和243.90mg/g。不同吸附劑對偶氮染料的Qtl比較如表I所示。結果表明:本發(fā)明的改性豆渣吸附劑對酸性偶氮染料和活性偶氮染料的QO足夠大，可以廣泛應用于含偶氮染料廢水的處理。
[0046]表I不同吸附劑對酸性染料和活性染料的Qtl比較
[0047]
【權利要求】
1.一種改性豆渣吸附劑，其特征在于，為鹽酸改性的豆渣吸附劑。
2.鹽酸改性的豆渣吸附劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 用粉碎機將豆渣破碎，用蒸餾水洗滌去除雜質后干燥，篩選出500?800 m的豆渣顆粒，再將豆渣顆粒在鹽酸溶液中浸泡24?48h，過濾分離，濾渣用蒸餾水清洗至pH呈中性，干燥，即得到鹽酸改性的豆渣吸附劑。
3.按照權利要求2的方法，其特征在于，鹽酸溶液的濃度優(yōu)選0.10?0.50mol/L。
4.按照權利要求2的方法，其特征在于，豆渣顆粒與鹽酸溶液的用量優(yōu)選豆渣質量(g):鹽酸溶液體積(mL)為:1:(20?100)。
5.鹽酸改性的豆渣吸附劑用于廢水中偶氮類染料的去除。
6.鹽酸改性的豆渣吸附劑用于廢水中偶氮類染料的吸附去除的方法，其特征在于，將含偶氮類染料的溶液調節(jié)PH為I?7，加入改性豆渣吸附劑，吸附24?48小時后，過濾分離，濾液調至中性，排放。
7.按照權利要求6的方法，其特征在于，改性豆渣吸附劑在含偶氮類染料的溶液濃度為 2.0g/L。
8.按照權利要求6的方法，其特征在于，將含偶氮類染料的溶液調節(jié)pH為2.0。
9.按照權利要求6的方法，其特征在于，偶氮類染料溶液中的偶氮類染料濃度為不超過 400mg/L。
10.鹽酸改性豆渣吸附劑處理偶氮染料廢水時，堿性條件下解吸附再生。
【文檔編號】B01J20/28GK103447007SQ201310320864
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年7月26日 優(yōu)先權日:2013年7月26日
【發(fā)明者】高景峰, 司春英, 王金惠 申請人:北京工業(yè)大學