一種改性蔗渣吸附劑及其制備方法與應用
【專利摘要】本發(fā)明屬于吸附材料技術領域，公開了一種改性蔗渣吸附劑及其制備方法與應用。所述制備方法為：將蔗渣清洗、干燥、粉碎、過篩，得到預處理后的蔗渣；將預處理后的蔗渣與聚合羥基金屬陽離子Ni(NO3)2﹒6H2O離子液充分混合均勻，調(diào)節(jié)pH為4～5之間，在50～70℃范圍內(nèi)水浴加熱反應，反應產(chǎn)物經(jīng)洗滌晾干后于500～1000℃活化，得到改性蔗渣吸附劑。本發(fā)明所使用的蔗渣原料，廉價易得，其主要成分為生物質(zhì)原料纖維素，對環(huán)境所造成的污染小，且便于處理；所得改性蔗渣吸附劑可將廢水中的硫酸根離子濃度由1200mg/L降至到符合廢水排放標準的250mg/L以下，脫鹽效果非常明顯。
【專利說明】
一種改性蔗渣吸附劑及其制備方法與應用
技術領域
[0001] 本發(fā)明屬于吸附材料技術領域，具體涉及一種改性蔗渣吸附劑及其制備方法與應 用。
【背景技術】
[0002] 酵母工業(yè)作為一種新興工業(yè)，其生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量高濃度，高色度鹽度的有 機廢水，據(jù)相關分析，其廢水中C0D高達50000mg/L，總氮500-1200mg/L，硫酸鹽2000mg/L，還 含有約0.5%的干物質(zhì)，主要成分為酵母蛋白質(zhì)、纖維素、膠體物質(zhì)，以及廢糖蜜中未被充分 利用的營養(yǎng)成分，如殘?zhí)堑龋渲泻芏喽家呀到?，同時酵母廢水中還含有高濃度的發(fā)酵過程 中的硫酸根、微生物代謝產(chǎn)物、無機鹽類等，導致廢水降解性較差。
[0003] 國內(nèi)生產(chǎn)酵母的廠家并不少，但酵母廢水處理真正達標的卻寥寥無幾，酵母廢水 中所存在的高濃硫酸鹽，其處理難度很大，給無論是傳統(tǒng)的廢水處理方法還是開發(fā)的生物 處理方法都來了巨大的挑戰(zhàn)。酵母廢水中硫酸根的存在自身對系統(tǒng)中的菌群是無毒害作用 的，但其還原產(chǎn)物卻對系統(tǒng)內(nèi)的微生物菌群有毒害及抑制作用。硫酸根的還原產(chǎn)物主要有 硫化氫、硫氫根離子、硫離子以及金屬硫化物，并按這個順序毒性依次降低。其中硫化氫對 細菌的毒性最大。所以，高濃硫酸鹽的存在給酵母廢水生物處理帶來了巨大的阻礙。
[0004] 如今，對于高濃硫酸鹽的去除方法也有很多，例如化學沉淀法如BaCl2法、CaCl2法 以及鈣法等、冷凍法、過濾法、SRS膜分離技術等。BaCl 2法是工業(yè)應用最廣泛的化學除硫酸 根方法，其工藝操作簡單，去除效果好，但BaCl2有較強的毒性，且化學試劑無機沉淀也會帶 來污染，此外化學沉淀法對濃度較高的硫酸鹽（l〇g/L以上)去除效果較好;而CaCl 2法，由 于硫酸鈣的溶度積(9.1 X ΚΓ6)較大，去除硫酸根的效果較BaCl2法差;采用冷凍法去硫酸鹽 能耗相當大，目前工業(yè)上應用較少;膜分離技術處理效果好，操作簡便，但膜處理后續(xù)膜再 生和更換及濃縮液的處理導致成本較高。因此，開發(fā)設備投資少、運轉費用低、適合中國企 業(yè)使用的新法脫除硫酸根技術已成當務之急。
[0005] 近幾年國內(nèi)外的研究機構相繼開發(fā)出了幾種低成本的脫除硫酸根技術，例如由加 拿大一家科研機構開發(fā)的離子膜氯堿裝置過濾法，加拿大Ekotic公司開發(fā)的BDS離子交換 樹脂法和焙燒水滑石吸附法技術。其中，過濾法為納米級過濾系統(tǒng)，硫酸鈉回收率高達 90%，雖去除效果好，但其總體成本過高，導致其吸引力有所降低；而離子交換樹脂法實現(xiàn) 了成本低，不必處理鹽泥，裝置占地面積小的可觀目標，但對于將要處理的鹽水，所要求的 條件比較苛刻，且氯離子的含量極易影響其處理效率;另外，焙燒水滑石吸附法利用層間陰 離子的迀移性和可置換性，從而實現(xiàn)對硫酸根離子的吸附，但此法受pH的影響比較大，pH低 的時候吸附效果好，反之不好。綜合對比，吸附法的綜合效果較為良好，具有操作簡單、吸附 效果優(yōu)良、成本低、無環(huán)境污染或環(huán)境污染少等特點，且部分吸附劑處理后的水其硫酸根含 量可以達到中國生活飲用水衛(wèi)生標準（彡250mg/L)，有利于解決中國飲用水資源缺乏的問 題，一些吸附劑還可以循環(huán)使用，大大降低了脫除硫酸根的成本。
[0006] 蔗渣作為甘蔗制糖工業(yè)的主要副產(chǎn)品。每生產(chǎn)一噸的蔗糖，就會產(chǎn)生兩噸的蔗渣。 大量的蔗渣若能充分利用，則是一種不可小覷的生物質(zhì)資源。蔗渣的主要成分是纖維素，目 前蔗渣主要用于糖廠鍋爐燃料供應蒸汽，這是最簡單、最古老的利用方法，而且仍然普遍采 用。但是蔗渣直接燃燒不僅浪費資源，而且還產(chǎn)生大量等溫室氣體，不利于生態(tài)環(huán)境的可持 續(xù)發(fā)展。另外，蔗渣的可生物降解性以及其資源化優(yōu)勢，使其隨著應用研究的不斷深入，將 用于制造紙漿、人造板、木糖醇、制備膳食纖維及活性炭等各個方面。為拓展蔗渣的利用價 值，近些年來，國內(nèi)外已經(jīng)有利用蔗渣制備改性吸附劑的實驗研究報道，并且已經(jīng)被應用 于實際廢水處理的多個領域，但對于改性吸附處理酵母廢水中的高濃硫酸根尚未見報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了解決現(xiàn)有技術的缺點和不足之處，本發(fā)明的首要目的在于提供一種改性蔗渣 吸附劑的制備方法。
[0008] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種通過上述方法制備得到的改性蔗渣吸附劑。
[0009] 本發(fā)明的再一目的在于提供上述改性蔗渣吸附劑用于去除酵母廢水中硫酸根的 應用。
[0010] 本發(fā)明目的通過以下技術方案實現(xiàn)：
[0011] -種改性鹿渣吸附劑的制備方法，包括以下制備步驟：
[0012] 將蔗渣清洗、干燥、粉碎、過篩，得到預處理后的蔗渣;將預處理后的蔗渣與聚合羥 基金屬陽離子Ni(N03) 2.6H20離子液充分混合均勻，調(diào)節(jié)pH為4~5之間，在50~70°C范圍內(nèi) 水浴加熱反應，反應產(chǎn)物經(jīng)洗滌晾干后于500~1000°C活化，得到改性蔗渣吸附劑。
[0013]優(yōu)選地，所述的過篩是指過100目篩。
[0014] 優(yōu)選地，所述聚合羥基金屬陽離子Ni(N03)2.6H20離子液為市售Ni(N0 3)2.6H20配成 的0.2~0.3mol/L的離子液。
[0015] 優(yōu)選地，所述離子液的加入量為每克預處理后的蔗渣加入離子液10~15mL。
[0016] 優(yōu)選地，所述的調(diào)節(jié)pH是指用稀硝酸調(diào)節(jié)pH至4~5之間。
[0017] 優(yōu)選地，所述水浴加熱反應的溫度為50~60°C，反應時間為2h。
[0018] 優(yōu)選地，所述活化的溫度為1000°C，活化時間為2h。
[0019] -種改性鹿渣吸附劑，通過上述方法制備得到。
[0020] 上述改性蔗渣吸附劑用于去除酵母廢水中硫酸根的應用。
[0021] 優(yōu)選地，所述的應用過程為：取酵母廢水，pH值調(diào)節(jié)至4~5,⑶D&為8000~ 10000mg/L，硫酸根離子濃度為1200~1500mg/L，取改性蔗渣加入到酵母廢水中，常溫攪拌 反應30~60min，反應完成后靜置，得到去除硫酸根的酵母廢水。
[0022] 本發(fā)明的制備方法及所得到的產(chǎn)物具有如下優(yōu)點及有益效果：
[0023] (1)本發(fā)明所得改性蔗渣吸附劑用于酵母廢水處理，在適宜的用量條件下，可將廢 水中的硫酸根離子濃度由1200mg/L降至到符合廢水排放標準的250π^/1以下，脫鹽效果非 常明顯；
[0024] (2)本發(fā)明所得改性蔗渣吸附劑主要針對廢水中的硫酸根作用，可明顯改善廢水 的可生化性能，對提高酵母廢水后續(xù)生化處理效果具有很重要的作用；
[0025] (3)本發(fā)明所使用的蔗渣原料，廉價易得，其主要成分為生物質(zhì)原料纖維素，對環(huán) 境所造成的污染小，且便于處理。
【具體實施方式】
[0026]下面結合實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。 [0027] 實施例1
[0028]將蔗渣清洗、干燥、粉碎、過100目篩，得到預處理后的蔗渣;將預處理后的蔗渣15g 與聚合羥基金屬陽離子Ni(N03)2.6H20離子液（市售Ni(N0 3)2.6H20配成的0.25mol/L的離子 液)225ml充分混合均勻，調(diào)節(jié)pH為5，在50°C水浴加熱反應2h，將蔗渣濾出，經(jīng)超純水洗滌晾 干，放入馬弗爐中，于l〇〇〇°C活化2h，得到改性蔗渣吸附劑。
[0029]本實施例得到的改性蔗渣吸附劑與其他處理方式用于酵母廢水的處理：
[0030] 廢水取自某酵母生產(chǎn)企業(yè)排放廢水，外觀呈黑棕色，pH值調(diào)到4-5之間，C0DCr約為 8000-10000mg/L，硫酸根離子濃度約為1200-1500mg/L。現(xiàn)用5種去除廢水中硫酸根離子的 方法對此酵母廢水進行處理，并對其結果進行檢測和分析。
[0031] 實驗步驟:將適量反應試劑與100ml酵母廢水混合均勻，常溫下以60r/min慢速攪 拌30min，待反應完成后，去上清液按照國家標準進行硫酸根離子含量進行測定。實驗結果 及測量數(shù)據(jù)見表1
[0032] 表 1
[0033]
[0034] 對表1分析可知，傳統(tǒng)去除酵母廢水中硫酸根離子的方法，對酵母廢水中的硫酸根 離子具有一定的去除效果。傳統(tǒng)的BaCl2法，氫氧化鐵法和聚合羥基鉻離子以及活性炭吸附 法的去除效率都可達到50 %以上，質(zhì)量好，性能優(yōu)良的活性炭的去除率甚至可以達到62 % -65%，但是相比于新型的聚合羥基金屬陽離子Ni (N〇3)2.6H20改性蔗渣吸附劑，其去除率明 顯偏低，且同類別的聚合鉻離子處理方法中，由于鉻離子的熱穩(wěn)定性低和毒性也導致其綜 合去除效果差，而本發(fā)明蔗渣吸附劑的去除率可以達到80%-85%，處理效果顯著且優(yōu)良。
[0035] 實施例2
[0036]將蔗渣清洗、干燥、粉碎、過100目篩，得到預處理后的蔗渣;將預處理后的蔗渣15g 與聚合羥基金屬陽離子Ni(N03)2.6H20離子液（市售Ni(N0 3)2.6H20配成的0.25mol/L的離子 液)225ml充分混合均勻，調(diào)節(jié)pH為5，在50°C水浴加熱反應2h，將蔗渣濾出，經(jīng)超純水洗滌晾 干，放入馬弗爐中，于500°C活化2h，得到改性蔗渣吸附劑。
[0037] 實施例3
[0038] 將蔗渣清洗、干燥、粉碎、過100目篩，得到預處理后的蔗渣;將預處理后的蔗渣15g 與聚合羥基金屬陽離子Ni(N03) 2.6H20離子液（市售Ni(N03)2.6H20配成的0.25mol/L的離子 液)225ml充分混合均勻，調(diào)節(jié)pH為5，在70°C水浴加熱反應2h，將蔗渣濾出，經(jīng)超純水洗滌晾 干，放入馬弗爐中，于500°C活化2h，得到改性蔗渣吸附劑。
[0039] 實施例4
[0040] 將蔗渣清洗、干燥、粉碎、過100目篩，得到預處理后的蔗渣;將預處理后的蔗渣15g 與聚合羥基金屬陽離子Ni(N03)2.6H 20離子液（市售Ni(N03)2.6H20配成的0.25mol/L的離子 液)225ml充分混合均勻，調(diào)節(jié)pH為5，在70°C水浴加熱反應2h，將蔗渣濾出，經(jīng)超純水洗滌晾 干，放入馬弗爐中，于l〇〇〇°C活化2h，得到改性蔗渣吸附劑。
[0041] 實施例1~4得到的改性蔗渣吸附劑用于酵母廢水的處理：
[0042] 酵母排放廢水外觀呈黑棕色，pH值調(diào)到4-5之間，C0D&約為8000-10000mg/L，硫酸 根離子濃度大約為1200-1500mg/L。
[0043] 各取10g改性蔗渣加入到100ml酵母廢水中，常溫60r/min慢速攪拌30分鐘，待反應 完成后，靜置30分鐘，取上清液按照國家標準規(guī)定進行硫酸根離子濃度測量，其效果如下表 2：
[0044] 表 2
[0045]
對表2數(shù)據(jù)分析表明，在改性蔗渣吸附劑的制作過程中，水浴反應溫度和改性蔗渣在馬 弗爐中的活化溫度必須滿足各自的溫度范圍，才能保證所制得的改性蔗渣具有優(yōu)良的處理 效率。通過實驗，可見當水浴反應溫度為50~60°C，活化溫度為1000°C時，制得的改性蔗渣 吸附劑對于酵母廢水中的硫酸根離子去除效率最高。
[0047] 實施例5
[0048] 將蔗渣清洗、干燥、粉碎、過100目篩，得到預處理后的蔗渣;將預處理后的蔗渣15g 分別與聚合羥基金屬陽離子Ni (N〇3)2.6H20離子液（市售Ni (N〇3)2.6H20配成的0.25mol/L的 離子液）180ml、210ml、225ml、255ml充分混合均勻，調(diào)節(jié)pH為5，在50 °C水浴加熱反應2h，將 蔗渣濾出，經(jīng)超純水洗滌晾干，放入馬弗爐中，于l〇〇〇°C活化2h，得到改性蔗渣吸附劑。
[0049] 本實施例所得改性蔗渣吸附劑用于酵母廢水的處理，結果如表3所示。
[0050] 表 3
[0051]
[0052] 對表3數(shù)據(jù)分析表明，當蔗渣的量與離子液體積的數(shù)值比在1:10和1:15之間時，改 性蔗渣對酵母廢水的處理效果隨著離子液體積的增大而增大，即單位蔗渣所占有的離子液 越多，處理效果越好:當蔗渣的量與離子液體積的數(shù)值比小于1:15時，改性蔗渣對酵母廢水 的處理效果則有所降低。因此，在適當?shù)臈l件下，本發(fā)明的改性蔗渣吸附劑可直接將酵母廢 水中的硫酸根濃度由1200mg/L降至到250mg/L左右，滿足廢水相關排放標準。
[0053] 實施例6
[0054]取實施例1所得改性蔗渣吸附劑用于酵母廢水的處理：
[0055]廢水取自某酵母生產(chǎn)企業(yè)排放廢水，外觀呈黑棕色，pH值分別調(diào)到5、7、9，C0DCr約 為8000-10000mg/L，硫酸根離子濃度約為1200-1500mg/L。
[0056] 各取10g改性蔗渣加入到100ml酵母廢水中，不同pH值的廢水分別在常溫60r/min 慢速攪拌30min和60min，待反應完成后，靜置30分鐘，取上清液按照國家標準規(guī)定進行硫酸 根離子濃度測量，其效果如下表4:
[0057] 表 4
[0058]
[0059] 對表4數(shù)據(jù)分析表明，改性蔗渣吸附劑在處理酵母廢水的過程中，反應酸堿度和反 應時間的不同對反應處理效果都會產(chǎn)生影響。在反應pH適宜的條件下，反應時間的增長對 改性蔗渣吸附劑的吸附效率提升的程度很小，由實驗結果分析知，反應最佳時間為30min; 在反應時間適宜條件下，反應pH的變化對改性蔗渣吸附劑的去除效率影響較大，反應最佳 的pH為4-5,當pH增大時，改性蔗渣吸附劑的吸附效率會隨著pH的增大而降低。
[0060] 通過對上述四組實施例的比較和分析，可知在適當?shù)臈l件下，本發(fā)明所得改性蔗 渣吸附劑可直接將酵母廢水中的硫酸根濃度由1200mg/L降至到250m g//L左右，符合國家對 于廢水排放的相關標準。
[0061]上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例 的限制，其它的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡 化，均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1. 一種改性蔗渣吸附劑的制備方法，其特征在于包括以下制備步驟： 將蔗渣清洗、干燥、粉碎、過篩，得到預處理后的蔗渣;將預處理后的蔗渣與聚合羥基金 屬陽離子Ni (NO3)2 · 6H20離子液充分混合均勻，調(diào)節(jié)pH為4~5之間，在50~70°C范圍內(nèi)水浴 加熱反應，反應產(chǎn)物經(jīng)洗滌晾干后于500~1000°C活化，得到改性蔗渣吸附劑。2. 根據(jù)權利要求1所述的一種改性蔗渣吸附劑的制備方法，其特征在于:所述的過篩是 指過100目篩。3. 根據(jù)權利要求1所述的一種改性蔗渣吸附劑的制備方法，其特征在于:所述聚合羥基 金屬陽尚子Ni(N〇3)2 · 6出0尚子液為市售Ni(N〇3)2 · 6H2O配成的0.2~0.3mol/L的尚子液。4. 根據(jù)權利要求3所述的一種改性蔗渣吸附劑的制備方法，其特征在于:所述離子液的 加入量為每克預處理后的蔗渣加入離子液I 〇~15mL。5. 根據(jù)權利要求1所述的一種改性蔗渣吸附劑的制備方法，其特征在于:所述的調(diào)節(jié)pH 是指用稀硝酸調(diào)節(jié)pH至4~5之間。6. 根據(jù)權利要求1所述的一種改性蔗渣吸附劑的制備方法，其特征在于:所述水浴加熱 反應的溫度為50~60°C，反應時間為2h。7. 根據(jù)權利要求1所述的一種改性蔗渣吸附劑的制備方法，其特征在于:所述活化的溫 度為1000°C，活化時間為2h。8. -種改性蔗渣吸附劑，其特征在于:通過權利要求1~7任一項所述的方法制備得到。9. 權利要求8所述的改性蔗渣吸附劑用于去除酵母廢水中硫酸根的應用。10. 根據(jù)權利要求9所述的改性蔗渣吸附劑用于去除酵母廢水中硫酸根的應用，其特征 在于所述的應用過程為:取酵母廢水，pH值調(diào)節(jié)至4~5，C0D&·為8000~10000mg/L，硫酸根離 子濃度為1200~1500mg/L，取改性蔗渣加入到酵母廢水中，常溫攪拌反應30~60min，反應 完成后靜置，得到去除硫酸根的酵母廢水。
【文檔編號】B01J20/24GK105944685SQ201610313158
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月11日
【發(fā)明人】葛廣德, 侯軼, 李友明, 胡松青
【申請人】華南理工大學