CN107552015B - 一种改性山竹壳及利用其降低水体中钒的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改性山竹壳及利用其降低水体中钒的方法，属于冶金领域。本发明所要解决的技术问题是提供一种新型改性山竹壳及利用其降低水体中钒。一种改性山竹壳，由以下方法制备得到：山竹果皮经洗涤、烘干、粉碎，得粉末状材料，与高氯酸钠溶液混合，经振荡，抽滤，得滤饼，滤饼经洗涤、烘干，得改性山竹壳。利用上述改性山竹壳降低水体中钒的方法，包括以下步骤：将改性山竹壳与含钒废水混合，经振荡、抽滤，得净化溶液。本发明利用改性山竹壳降低水体中钒，不仅实现了废弃物再利用，还能够有效回收利用废水中的钒，减轻钒对环境的影响，具有显著的社会效益。
Description
技术领域
本发明属于冶金领域，具体涉及一种改性山竹壳及利用其降低水体中钒的方法。
背景技术
近年来，由于钒矿开采和冶炼，含钒合金钢的生产以及钒在催化剂和合金制造等行业的广泛应用，使环境中钒含量逐步增加，如何减轻钒对环境的影响和有效回收利用钒是当前环境保护方面的重点关注问题。目前废水中重金属离子的处理方法有很多，如化学沉淀法、离子交换法、膜处理法等。其中化学沉淀法会产生大量污泥、离子交换法成本高且只能去除少量种类的金属离子、膜处理法生产和运行成本均较高。常见的生物吸附法是处理水体中重金属污染的一类重要方法，该方法处理效率高、运行成本低、无二次污染且可重复利用。目前，主要利用活性炭或沸石处理含钒废水，但利用生物材料如花生壳、椰壳等农林废弃物以及蟹壳、贝壳等非活体生物组织，处理含钒废水的相关研究仍较少。
果皮是生产和生活中一种常见的农林废弃物，同时也是一类重要的天然植物材料，因其价格低廉、处理简单，果皮近年来在天然产品、吸附解吸、医药等领域受到了广泛的关注。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种新型改性山竹壳。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是提供一种改性山竹壳，其由以下方法制备得到：
A、取山竹果皮，经洗涤、烘干、粉碎，得粉末状材料；
B、将步骤A所得粉末状材料与高氯酸钠溶液混合，经振荡、抽滤，得滤饼，滤饼经洗涤、烘干，得改性山竹壳。
其中，上述所述的改性山竹壳中，步骤A中，所述粉末状材料的粒度为过100目筛，取筛下物。
其中，上述所述的改性山竹壳中，步骤B中，所述高氯酸钠溶液的浓度为60～100g/L。
其中，上述所述的改性山竹壳中，步骤B中，所述粉末状材料与高氯酸钠溶液的固液比为1：20～50；所述固液比为粉末状材料以质量计，高氯酸钠溶液以体积计。
其中，上述所述的改性山竹壳中，步骤B中，所述振荡的速度为100～400rpm。
其中，上述所述的改性山竹壳中，步骤B中，所述振荡的时间为12～24h。
本发明还提供了利用上述改性山竹壳降低水体中钒的方法，包括以下步骤：
将改性山竹壳与含钒废水混合，经振荡、抽滤，得净化溶液。
其中，上述所述的利用改性山竹壳降低水体中钒的方法中，所述含钒废水的钒浓度为20～200mg/L。
其中，上述所述的利用改性山竹壳降低水体中钒的方法中，所述改性山竹壳与含钒废水的固液比为1：10～25；所述固液比为改性山竹壳体以质量计，含钒废水以体积计。
其中，上述所述的利用改性山竹壳降低水体中钒的方法中，所述振荡的转速为100～400rpm。
其中，上述所述的利用改性山竹壳降低水体中钒的方法中，所述振荡的温度为10～100℃。
其中，上述所述的利用改性山竹壳降低水体中钒的方法中，所述振荡的时间为3～24h。
本发明的有益效果是：
本发明利用高氯酸钠对山竹壳进行改性处理，所得改性山竹壳比表面积明显增大，更有利于吸附反应的进行，吸附量明显增加；此外，山竹皮中含有多种高分子化合物，有复杂的表面结构和化学基团，山竹壳在改性过程中化学基团与钠离子结合，能有效地增加离子交换效率，与未经过改性处理的生物材料相比，改性山竹壳更适合应用于废水中重金属离子的去除；山竹壳作为一种农林废弃物，在农业和食品加工业中产量巨大，本发明利用改性山竹壳降低水体中钒，不仅实现了废弃物再利用，还能够有效回收利用废水中的钒，减轻钒对环境的影响，具有显著的社会效益。
具体实施方式
具体的，一种改性山竹壳，其由以下方法制备得到：
A、取山竹果皮，经洗涤、烘干、粉碎，得粉末状材料；
B、将步骤A所得粉末状材料与高氯酸钠溶液混合，经振荡、抽滤，得滤饼，滤饼经洗涤、烘干，得改性山竹壳。
果皮是生产和生活中一种常见的农林废弃物，同时也是一类重要的天然植物材料，其中含有大量的纤维素、木质素等成分，因此其官能团种类丰富，数量巨大，这些官能为吸附作用的发生奠定了基础；其次，由于农林废弃物大都具有粗糙的表面和多孔隙的内部结构，这就决定了其表面可以提供大量的吸附位点用以吸附重金属离子。本发明采用山竹壳作为吸附材料，利用高氯酸钠溶液对山竹壳进行了改性处理，增强了其吸附能力；山竹壳体积较大，为了使生物材料受热均匀，加快制备效率，一般可剪成1～5cm2小块均可；洗涤时，为了保证清洗干净，一般用清水洗涤不少于2次后，再用去离子水洗涤不少于2次；此外，大部分生物材料含水率均比较高，如果不及时处理可能会腐坏，因此一般情况下将新鲜材料经过洗涤、烘干、粉碎等预处理措施，再做改性处理。
步骤A中，烘干可采用烘箱内烘干至恒重，粉碎采用粉碎机打碎。
本发明方法步骤A中，破碎处理是为了使颗粒较大的吸附剂通过外力破碎的方法，使粒径大小合适、均匀，提高其吸附率，因此粉末状材料的粒度为过100目筛，取筛下物。
本发明方法步骤B中，所述高氯酸钠溶液的浓度为60～100g/L。所述粉末状材料与高氯酸钠溶液的固液比为1：20～50；其中，粉末状材料以质量计，高氯酸钠溶液以体积计；高氯酸钠是一种强氧化性物质，将山竹壳用高氯酸钠改性处理后，山竹壳粉末的比表面积明显增大，更有利于吸附反应的进行，吸附量也随着增加，此外，化学基团与钠离子结合，能有效地增加离子交换效率。
步骤B中，振荡可在振荡机中进行；为了实验安全，振荡时一般可用封口膜封住瓶口，封口与否对改性效果没有影响。
在本发明方法中改性方法、固液比、溶液性质等因素影响下，设定振荡的速度为100～400rpm，振荡的时间为12～24h，能够获得性能优异的改性山竹壳；振荡在室温(即10～40℃)下进行即可。
本发明还提供了利用上述改性山竹壳降低水体中钒的方法，包括以下步骤：
将改性山竹壳与含钒废水混合，经振荡、抽滤，得净化溶液。
其中，上述所述的利用改性山竹壳降低水体中钒的方法中，所述含钒废水的钒浓度为20～200mg/L。
利用本发明的改性山竹壳能够高效降低水体中钒，使用时改性山竹壳与含钒废水的固液比为1：10～25；其中，改性山竹壳体以质量计，含钒废水以体积计。
上述固液比中，质量和体积是采用同等级的单位比较，例如质量以g为单位，体积以mL为单位。
利用改性山竹壳降低水体中钒时，根据改性材料、吸附方法、固液比、含钒废水等因素，转速较低会影响实验结果，转速较高不安全，因此设定振荡的转速为100～400rpm，时间为3～24h；振荡一般在室温(即10～40℃)下进行即可，升高温度可提高吸附效率，因此，振荡温度也可为10～100℃。
在经过吸附反应后，大量的钒会富集在生物材料中，因此可以将生物材料收集起来，用解析的方法使钒析出，回收利用钒。
下面通过试验例和实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此将本发明保护范围限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
本实施例改性山竹壳由以下方法制备得到：
A、取新鲜山竹果皮，用剪刀剪成1cm2小块，用清水浸泡洗去果皮表面的泥沙，用清水洗涤2次后再用去离子水洗涤2次；将果皮置于烘箱内烘干至恒重后，用粉碎机打碎后，用100目标准分样筛筛分，取筛下物，得粉末状材料，封袋待用；
B、将60g高氯酸钠溶解于1000mL去离子水中，配置成60g/L的高氯酸钠溶液；称取10g步骤A所得粉末状材料于1000mL锥形瓶中，加入500mL浓度为60g/L的高氯酸钠溶液，用封口膜封住瓶口，室温条件下置于恒温振荡器中200rpm振荡12h，抽滤，滤渣用去离子水冲洗至溶液pH约为7，将滤渣烘干至恒重，得改性山竹壳。
利用上述改性山竹壳降低水体中钒的方法，包括以下步骤：
称取5g改性山竹壳置于锥形瓶中，加入100mL含钒废水(钒浓度为50mg/L)，室温条件下置于恒温振荡器中200rpm振荡3h，抽滤，检测滤液中钒含量，经计算得，钒去除率为22.02％。
实施例2
本实施例改性山竹壳由以下方法制备得到：
A、取新鲜山竹果皮，用剪刀剪成1cm2小块，用清水浸泡洗去果皮表面的泥沙，用清水洗涤2次后再用去离子水洗涤2次；将果皮置于烘箱内烘干至恒重后，用粉碎机打碎后，用100目标准分样筛筛分，取筛下物，得粉末状材料，封袋待用；
B、将100g高氯酸钠溶解于1000mL去离子水中，配置成100g/L的高氯酸钠溶液；称取30g步骤A所得粉末状材料于1000mL锥形瓶中，加入600mL浓度为100g/L的高氯酸钠溶液，用封口膜封住瓶口，室温条件下置于恒温振荡器中200rpm振荡24h，抽滤，滤渣用去离子水冲洗至溶液pH约为7，将滤渣烘干至恒重，得改性山竹壳。
利用上述改性山竹壳降低水体中钒的方法，包括以下步骤：
称取5g改性山竹壳置于锥形瓶中，加入100mL含钒废水(钒浓度为100mg/L)，室温条件下置于恒温振荡器中200rpm振荡6h，抽滤，检测滤液中钒含量，经计算得，钒去除率为32.74％。
实施例3
本实施例改性山竹壳由以下方法制备得到：
A、取新鲜山竹果皮，用剪刀剪成1cm2小块，用清水浸泡洗去果皮表面的泥沙，用清水洗涤2次后再用去离子水洗涤2次；将果皮置于烘箱内烘干至恒重后，用粉碎机打碎后，用100目标准分样筛筛分，得粉末状材料，封袋待用；
B、将80g高氯酸钠溶解于1000mL去离子水中，配置成80g/L的高氯酸钠溶液；称取15g步骤A所得粉末状材料于1000mL锥形瓶中，加入400mL浓度为80g/L的高氯酸钠溶液，用封口膜封住瓶口，室温条件下置于恒温振荡器中200rpm振荡12h，抽滤，滤渣用去离子水冲洗至溶液pH约为7，将滤渣烘干至恒重，得改性山竹壳。
利用上述改性山竹壳降低水体中钒的方法，包括以下步骤：
称取5g改性山竹壳置于锥形瓶中，加入100mL含钒废水(钒浓度为180mg/L)，室温条件下置于恒温振荡器中200rpm振荡24h，抽滤，检测滤液中钒含量，经计算得，钒去除率为23.10％。
Claims (6)
1.利用改性山竹壳降低水体中钒的方法，其特征在于：包括以下步骤：
将改性山竹壳与含钒废水混合，经振荡、抽滤，得净化溶液；
所述改性山竹壳由以下方法制备得到：
A、取山竹果皮，经洗涤、烘干、粉碎，得粉末状材料；
B、将步骤A所得粉末状材料与高氯酸钠溶液混合，经振荡、抽滤，得滤饼，滤饼经洗涤、烘干，得改性山竹壳；所述高氯酸钠溶液的浓度为60～100g/L；所述粉末状材料与高氯酸钠溶液的固液比为1：20～50；所述固液比为粉末状材料以质量计，高氯酸钠溶液以体积计；
步骤A中，所述粉末状材料的粒度为过100目筛，取筛下物；
步骤B中，所述振荡的速度为100～400rpm；
步骤B中，所述振荡的时间为12～24h。
2.根据权利要求1所述的利用改性山竹壳降低水体中钒的方法，其特征在于：所述含钒废水的钒浓度为20～200mg/L。
3.根据权利要求1或2所述的利用改性山竹壳降低水体中钒的方法，其特征在于：所述改性山竹壳与含钒废水的固液比为1：10～25；所述固液比为改性山竹壳体以质量计，含钒废水以体积计。
4.根据权利要求1所述的利用改性山竹壳降低水体中钒的方法，其特征在于：改性山竹壳与含钒废水混合后，所述振荡的速度为100～400rpm，温度为10～100℃。
5.根据权利要求1、2或4所述的利用改性山竹壳降低水体中钒的方法，其特征在于：改性山竹壳与含钒废水混合后，所述振荡的时间为3～24h。
6.根据权利要求3所述的利用改性山竹壳降低水体中钒的方法，其特征在于：改性山竹壳与含钒废水混合后，所述振荡的时间为3～24h。
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