一種制備胺基改性木屑吸附劑的方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種木肩深加工制備的胺基改性木肩吸附劑及其應(yīng)用，屬于化學(xué)及環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著核工業(yè)技術(shù)和設(shè)施的不斷進(jìn)步，鈾的需求量也愈來愈大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止2009年底世界鈾產(chǎn)量約51000t，由于技術(shù)和經(jīng)濟(jì)等方面的原因，產(chǎn)生了高達(dá)400億噸的鈾廢石，200億噸的鈾尾礦。鈾在生產(chǎn)和使用過程中，產(chǎn)生了大量含鈾廢水，堆置的鈾廢石和尾礦，在雨水的浸淋下，也會(huì)產(chǎn)生大量含鈾廢水進(jìn)入地下水或河流湖泊，使點(diǎn)源污染變成面源污染，加大其污染程度及治理難度。目前處理含鈾廢水的方法眾多，且各有其優(yōu)劣，但吸附法去除效率高、工藝簡(jiǎn)單，應(yīng)用前景廣闊。
[0003]木肩是一種用途多樣的可再生生物資源。木肩中除了含有豐富的碳、氧之外，還含有少量的氮、硫、氯、鉀、鈣等元素，以及纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、脂類、單糖、水、淀粉等。木肩是木材加工的下腳料，不同樹木的成分有一定差異，但其主要成分為:含碳48%?54%，戊聚糖14%，纖維44%?45%，樹脂1%?7%，灰份0.4%?4.2%，含氮0.18%，ρΗ4.2 ?6ο
[0004]木肩在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中常用于燒柴、培養(yǎng)花木，木耳等，在傳統(tǒng)農(nóng)民家庭占據(jù)總要地位。木材被廣泛用于室內(nèi)裝飾和裝修，因而產(chǎn)生了大量木肩。農(nóng)民對(duì)木肩的價(jià)值了解很少，處理不當(dāng)，隨意丟棄或燃燒，造成了資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，甚至還會(huì)造成火災(zāi)或交通事故，進(jìn)而危害人類身體健康和影響周圍動(dòng)植物的生存環(huán)境。而且未經(jīng)任何處理將木肩直接燃燒或用于培養(yǎng)花木的傳統(tǒng)應(yīng)用模式，成為提高木肩利用率、轉(zhuǎn)化率和經(jīng)濟(jì)效益的重大制約。
[0005]木肩吸附劑具備一般生物質(zhì)纖維素吸附劑的特點(diǎn):成本低、材料量大、易獲取、環(huán)境友好及無二次污染等，但直接應(yīng)用時(shí)吸附率不高，因此可通過改性提高其吸附率，極具應(yīng)用前景。
[0006]利用吸附方法處理含鈾廢水常用吸附劑為活性炭、沸石、高嶺土、膨潤土等，但使用這些方法時(shí)處理費(fèi)用龐大，不適于處理較大水量的含鈾廢水，因此也難以大規(guī)模開展工業(yè)化應(yīng)用。專利CN101474816A公開了一種改性木肩的制備及使用方法，分為活化工序和改性工序，其工序復(fù)雜，且條件要求比較嚴(yán)格，投入使用時(shí)需要熟練的技巧，需要培養(yǎng)熟練的工作人員，不利于該方法的推廣使用。
[0007]專利CN103212378A公開了一種檸檬酸修飾棕櫚樹皮吸附劑的制備方法及其應(yīng)用。一方面該專利的原料限制嚴(yán)格，為棕櫚樹皮。另一方面，原料還需要浸泡7-10天去除非纖維物質(zhì)，處理時(shí)間太長，且整個(gè)步驟成本高昂，限制了其推廣使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的之一是要解決的現(xiàn)有的技術(shù)問題，提供一種成本低廉、操作簡(jiǎn)單、吸附效果好的制備胺基改性木肩吸附劑的方法及胺基改性木肩吸附劑的應(yīng)用。
[0009]為解決上述技術(shù)問題，采用的技術(shù)方案是:
[0010]首先，介紹制備胺基改性木肩吸附劑的方法。
[0011]一種制備胺基改性木肩吸附劑的方法，制備原料包括:木肩、環(huán)氧氯丙烷、N，N- 二甲基甲酰胺、二乙烯三胺、三乙胺，制備步驟包括:
[0012]預(yù)制所述木肩，取所述預(yù)制木肩2g加入20ml濃度為30%的NaOH溶液，80°C攪拌反應(yīng)Ih ;加入8?16ml所述環(huán)氧氯丙烷和6?12ml所述N，N- 二甲基甲酰胺，在100°C下攪拌反應(yīng)lh，再加入5?1ml所述二乙烯三胺，在100°C下攪拌反應(yīng)lh，加入6?20ml所述三乙胺，在100°C下攪拌反應(yīng)3?5h得到產(chǎn)物；將所述產(chǎn)物用去離子水清洗至中性，80°C干燥10?14h，得到所述胺基改性木肩吸附劑。
[0013]進(jìn)一步的，制備步驟為:預(yù)制所述木肩，取所述預(yù)制木肩2g加入20ml濃度為30%的NaOH溶液，80°C攪拌反應(yīng)Ih ;加入1ml所述環(huán)氧氯丙烷和8ml N，N- 二甲基甲酰胺，在100°C下攪拌反應(yīng)lh，再加入6ml所述二乙烯三胺，在100°C下攪拌反應(yīng)lh，加入8ml所述三乙胺，在100°C下攪拌反應(yīng)4h得到產(chǎn)物；將所述產(chǎn)物用去離子水清洗至中性，80°C干燥10?14h，得到所述胺基改性木肩吸附劑。
[0014]進(jìn)一步的，所述預(yù)制木肩的制備方法為:將所述木肩粉碎過60目篩，水洗滌除去泥土和灰塵，洗凈后，在自然條件下風(fēng)干或60?100°C下烘干18?30h，得到所述預(yù)制木肩。
[0015]進(jìn)一步的，所述預(yù)制木肩的制備方法為:將所述木肩粉碎過60目篩，水洗滌除去泥土和灰塵，洗凈后，75?95°C條件下烘干23?28h，得到所述預(yù)制木肩。
[0016]具體的，一種制備胺基改性木肩吸附劑的方法，步驟為:
[0017]一、將木肩用蒸餾水洗凈并烘干后過60目篩，取篩下物放入干燥器中備用，得預(yù)處理木肩。
[0018]二、取步驟一所得的預(yù)處理木肩2g用20ml濃度為30%的Na0H，80°C攪拌反應(yīng)Ih ；加入O?16ml環(huán)氧氯丙烷，在100°C下攪拌反應(yīng)lh，再加入O?12mlN，N-二甲基甲酰胺，在100°C下攪拌反應(yīng)lh，加入6ml所述二乙烯三胺，在100°C下攪拌反應(yīng)lh，加入O?20ml三乙胺，在100攝氏度下攪拌反應(yīng)4h ;將產(chǎn)物用去離子水清洗至中性，80°C干燥12h，得胺基改性木肩吸附劑。
[0019]本發(fā)明方法主要針對(duì)放射性重金屬鈾，結(jié)合生化技術(shù)，利用低成本的生物質(zhì)木肩作為生物載體，既保留了原材料的多孔結(jié)構(gòu)、吸附特性和化學(xué)特性，能高效吸附鈾(VI)。同時(shí)，通過化學(xué)改性增加了具有吸附能力的特殊官能團(tuán)，改變木肩原有的晶體結(jié)構(gòu)，同時(shí)也增大了孔隙直徑，增強(qiáng)了木肩吸附鈾的能力。
[0020]其次，介紹胺基改性木肩吸附劑的應(yīng)用。
[0021]胺基改性木肩吸附劑的應(yīng)用，應(yīng)用方法為:室溫，150r/min的振速下，用酸或者堿調(diào)節(jié)廢水PH = 4.0?7.0，加入所述胺基改性木肩吸附劑，使胺基改性木肩吸附劑投加量為1.0?1.5g/L，振蕩時(shí)間3?6h，過濾，得到潔凈水，并分離出胺基改性木肩吸附劑。
[0022]進(jìn)一步的，所述胺基改性木肩吸附劑的應(yīng)用為:作為水處理藥劑在含有鈾廢水治理中的應(yīng)用，鈾在廢水中的濃度為5?20mg/L。
[0023]進(jìn)一步的，用酸或堿調(diào)節(jié)廢水pH = 4.0?5.0，加入所述胺基改性木肩吸附劑，使吸附劑投加量為0.8?0.12g振蕩時(shí)間5h/L，過濾，分離出纖維素吸附劑。
[0024]進(jìn)一步的，所述的胺基改性木肩吸附劑加入量為0.lg/L。
[0025]進(jìn)一步的，鈾在廢水中的濃度為10mg/L。
[0026]胺基改性木肩吸附劑的應(yīng)用，即:將胺基改性木肩吸附劑應(yīng)用于吸附廢水中的鈾。
[0027]當(dāng)含鈾廢水濃度為10mg/l時(shí)，所述胺基改性木肩吸附劑加入質(zhì)量為0.lg/L。
[0028]本發(fā)明的胺基改性木肩吸附劑以廢棄木肩為原材料，將廢棄木肩進(jìn)行回收利用，通過水洗，干燥之后，用堿和有機(jī)物進(jìn)行化學(xué)改性，從而得到胺基改性木肩吸附劑。本發(fā)明一方面保留了原材料的吸附特性，使其對(duì)鈾具有較好的吸附效果，另一方面通過化學(xué)改性，增加了胺基官能團(tuán)的量，改變其晶體結(jié)構(gòu)和孔隙直徑，進(jìn)一步提高其對(duì)重金屬的吸附效果。這類吸附劑的制備將廢水的吸附技術(shù)和生物處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合，有利于吸附劑在不同工業(yè)廢水中的適應(yīng)和處理能力。
[0029]本發(fā)明的有益效果包括:
[0030]1、利用廢棄的木肩作為原材料，在未碳化的情況下，制作了用于吸附鈾的新型化學(xué)改性產(chǎn)品。
[0031]2、該產(chǎn)品在保持原材料原有吸附能力的同時(shí)，具有改變其晶體，增加具有吸附能力的胺基官能團(tuán)，可獲得與活性炭材料相近甚至更優(yōu)的處理效果。
【附圖說明】
[0032]圖1為木肩改性前后掃描電鏡圖:
[0033]其中，(a)為改性前木肩，(b)為改性后木肩。
[0034]圖2為木肩改性前后的紅外光譜圖:
[0035]其中，(a)為改性前木肩，(b)為改性后木肩。
[0036]圖3為改性前后木肩的XRD圖:
[0037]其中，(a)為改性前木肩，(b)為改性后木肩。
[0038]圖4為不同用量的胺基改性木肩吸附劑對(duì)廢水中鈾吸附率的示意圖。
[0039]圖5為胺基改性木肩吸附劑在不同PH值條件下對(duì)廢水中鈾吸附率的示意圖。
[0040]圖6為不同初始濃度的胺基改性木肩吸附劑對(duì)廢水中鈾吸附率的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041]下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明，而不是限制本發(fā)明的范圍。
[0042]實(shí)施例1
[0043]一種制備胺基改性木肩吸附劑的方法，其實(shí)施步驟如下:
[0044]第一步，將用蒸餾水洗凈烘干后的廢棄木肩，粉碎后過60目篩取篩下物，放入干燥器中備用；
[0045]第二步，取第一步得到的木肩2g用20ml濃度為30%的NaOH，80°C攪拌反應(yīng)Ih ；加入1ml環(huán)氧氯丙烷，在100°C下攪拌反應(yīng)lh，再加入8mlN，N 二甲基甲酰胺，在100°C下攪拌反應(yīng)lh，再加入8ml所述二乙烯三胺，在100°C下攪拌反應(yīng)3h，加入8ml三乙胺，在100攝氏度下攪拌反應(yīng)4h ;將產(chǎn)物用去離子水清洗至中性，80°C干燥12h，得胺基改性木肩吸附劑。
[0046]上述方法制得改性木肩前后的掃描電鏡如圖1所示，圖1為木肩改性前后掃描電鏡圖:其中，(a)為改性前木肩，(b)為改性后木肩。改性前木肩表面粗糙，結(jié)構(gòu)松散，改性后木肩表面光滑，結(jié)構(gòu)緊密，且呈空心狀縱向爆裂式膨脹。改性木肩前后的紅外光譜如圖2所示，圖2