本发明涉及环境污染
技术领域：
，尤其涉及一种多功能生态环保型污水吸附剂。
背景技术：
：水是人类生命之源，生存之本，随着工农业生产的发展，人口的不断增加，水环境问题却成了限制人类发展和生存的严重问题。水资源缺乏，水质恶化这一现象日益严重。随着工业技术的迅速发展，特别重金属污染问题日益严重。人为污染主要有电厂排放、煤炭燃烧、冶金、煤矿业和交通排放等。重金属污染不仅有损于人体健康，还会影响儿童的智力成长。目前，对于水污染的处理方法主要是化学处理法，即通过投放药物处理水污染物。由于水体污染物种类多且混杂，而现在主要使用的水处理剂功能单一，因此必须在水处理系统中分别投加絮凝剂、缓蚀剂、杀菌剂等多种药剂、处理工艺流程复杂。设备多，操作过程繁杂，药剂投加量大，而且多种试剂之间会通过各种化学反应相互抵抗，致使药效降低，对重金属离子的吸附能力差。因此，寻找有效的污水净化途径以实现水资源的可持续利用成为人们关注的热点。技术实现要素：本发明的目的是提供一种多功能生态环保型污水吸附剂及制备方法。本发明的目的是通过以下技术方案实现的，该吸附剂是由玉米秸秆和松木末制成。制备方法：将玉米秸秆用清水洗涤后，放入烘箱中，在60-100℃下烘干至水分≤5.0％，再粉碎至60-100目后与干净的松木末按重量比1∶1混合，加入占混合后物料总重量22-28％的清水，再加入占混合后物料总重量1.8-2.4％的水解酶，均匀混合后放入密闭容器中，控制密闭容器中的温度为30-40℃，酶解16小时后，收集酶解后的物料用清水洗涤，用离心机脱水，放入干燥箱中，在80℃下烘干至水分≤4.0％，收集烘干后的物料置于碳化炉中，在通入氮气保护条件下，升温至300-360℃，进行热解炭化反应，保温40min后，以15℃/min的升温速度，升温至700-780℃保温1h，停止通氮气，再将温度以10℃/min的速率降温至300℃，保温半小时，加热炉自然冷却后，得本发明生物质炭，将本发明生物质炭浸入生物质液中20h后干燥，加工至直径0.2-0.5mm的颗粒得本发明吸附剂。以玉米秸秆和松木末制备的生物质吸附剂比表面积和孔体积虽然随着裂解温度的升高而升高，但当升温至300-360℃时，我们发现其热解炭化时的比表面积和孔结构变化不大，主要由于松木末中含有焦油不断溢出将微孔封堵，使其比表面积、总孔体积和微孔孔容变化不大所致。并观察到有白烟冒出，经分析主要为水蒸气，此前为炭化的干燥阶段。需要保温40min，为焦油和水蒸气全部溢出提供了足够的时间，同时溢出的焦油具有很好的粘性和延展性，在焦油的作用下使两种物料有足够的时间紧密结合，为下一步高温热解时微孔的膨胀变大和微孔数量的增加提供了有利条件；当保温40min后，水蒸气全部溢出，烟气由白色转黄色，主要是因为原料已干燥完，开始进入了预炭化阶段。大量实践证明，以15℃/min的升温速度升温制得的吸附剂比表面积、总孔体积较好，如果升温速度过快，得到的吸附剂裂纹现象严重，内部微孔不能最大限度的膨胀扩大，产生的微孔数量较少，膨大后的孔隙结构不够均匀；升温速度过慢影响生产率，增加生产费用。升温至740℃保温1h可得到理想的吸附剂，如果温度过高保温时间太长，吸附剂的产率降低，灰分含量上升，随着裂解温度的升高，吸附剂的官能团总量逐渐减少；如果温度过低保温时间太短，得到的吸附剂比表面积、总孔体积和微孔孔容较小，达不到理想的使用效果。再将温度以10℃/min的速率降温至300℃，保温半小时，因为物料在740℃时，充分反应形成较大的孔隙结构，炭化完全，物料中的孔容得到充分的扩张，此时，应缓慢降温，以防热胀冷缩使刚形成的网状结构坍塌。保温半小时，使物料暂停冷缩，可使网状结构得到稳固。作为一种优选，玉米秸秆与松木末按重量比1∶1的比例混合，如果松木末含量过高，将产生过多的焦油阻塞内部孔隙结构，使的总孔体积较小，如果松木末含量过低，产生的松油较少，两物质间结合不够牢固，微孔数量少也不能最大限度的膨胀扩大，总孔体积较小。所述生物质液是由红辣蓼550g、红半边莲650g、赤胫散700g、博落回650g、了哥王700g加入250l水，先以武火煮沸后，改用文火加热1h过滤制得。本发明的有益效果：由于采用上述方法处理污水，不但经济环保，而且本发明的生物质炭中含有松木油，表面圆粘，便于对有害物质的吸附，经过特殊的加工工艺，使活性炭比表面积和孔容增大，对重金属吸附性好；通过生物质液浸泡后，具有良好的杀虫除菌功能。吸附试验1、在8-20℃时，取0.8g本发明的吸附剂投于50ml40mg·l-1的cr6+溶液中，溶液的ph值在4-8之间，本发明的吸附剂对cr6+的去除率随吸附时间的延长逐渐升高。在开始的20min内，cr6+的去除率随时间的延长而快速升高，在30min时，cr6+的去除率就达到了77.89％；随后上升趋势变缓，在90min时，cr6+的去除率达到98.87％，随后基本保持稳定，说明吸附达到平衡，因此吸附90min是最佳的吸附时间。在8-20℃时，取0.8g本发明的吸附剂投于50ml40mg·l-1的cr6+溶液中，吸附时间为90min，研究溶液的ph值对本发明的吸附剂去除cr6+的影响。随着溶液ph值的增大或减小，吸附剂对cr6+的去除率变化缓慢。当ph值在4-5时，cr6+的去除率保持在较高的水平，因为溶液中的铬主要以hcro4-、cr2o42-形式存在，吸附剂表面功能基团氨基、羟基接受质子h+，形成正电性的-nh3+、-oh2+吸附中心，通过静电作用，铬阴离子可被正电吸附中心所吸附；随着溶液ph值的增大，虽然铬仍然以hcro4-、cr2o42-形式存在，但是吸附剂表面正电吸附中心数目却在减少，导致对铬阴离子吸附量的减小，最终降低了铬的去除率。可见，要使铬的去除率达到较高的程度，应控制溶液的ph值4-5之间。将本发明的吸附剂投于8-20℃、50ml40mg·l-1的铬溶液中，控制溶液的ph值为4-5之间，随着吸附剂用量的增加，铬的去除率逐渐上升。吸附剂量的增加不但增大了吸附表面积，也增加了参与吸附官能团的数目。当吸附剂用量大于0.8g时，铬的去除率基本稳定，说明吸附处于平衡状态，无需再增加吸附剂量。取0.8g本发明的吸附剂投于8-20℃、50ml40mg·l-1的cr6+溶液中，控制溶液的ph值为4-5之间，8℃以下时，吸附剂对铬的去除率有所上升，但是升幅不大；在8-20℃时，铬的去除率上升显著。这可能是因为溶液的温度升高时，有利于化学吸附克服活化能的障碍，加快了粒子内扩散速度，并产生了一些新的吸附位点，从而提高了铬的去除率。当温度高于20℃时，铬的去除率升高缓慢，为降低成本，温度控制在20℃以下为宜。作为一种优选，取0.8g本发明的吸附剂投于14℃，50ml40mg·l-1的cr6+溶液中，控制溶液的ph值为4.5，取得了理想的去除效果。2、在温度为8-24℃，pb2+的初始浓度为100mg/l，溶液ph值为6，吸附时间15min，改变本发明吸附剂投加量为0.05、0.1、0.2、0.3、0.5、1、2和3g/l，考察本发明吸附剂用量对pb2+的去除作用，结果本发明吸附剂投加量为0.05-0.2g/l时，pb2+“的去除率随着用量的增加迅速升高；投加量在0.2-1g/l时，pb2+的去除率增加缓慢；投加量在1g/l之后，pb2+的去除率不再增加。投加量为1g/l时，pb2+的去除率达99％以上，吸附反应趋于平衡。因此，以下实验选择本发明吸附剂用量为1g/l。在20℃条件下，对初始浓度为100mg/l的pb2+溶液10ml，ph值为6，加入0.01g本发明的吸附剂，考察不同吸附时间对pb2+的效果。由实验结果可知对pb2+吸附速率较快，0-10min内pb的去除率变化显著；10min后本发明的吸附剂对pb2+的去除效果变化不显著，吸附10min时pb2+的去除率为99.1％以上。吸附时间为15min时，去除率接近99.4％。15min之后，随着时间的延长，pb的去除率不再增加，说明吸附已达到平衡。依照吸附实验方法，用0.5mol/lhcl溶液和0.5mol/lnaoh溶液调节pb溶液ph值在5-7范围内，在温度20℃，吸附时间20min的条件下考察本发明的吸附剂对100mg/l的pb溶液的去除率。当溶液ph值为3时，本发明的吸附剂对pb的去除率接近98.3％；当溶液ph值为5-7时，pb的去除率接近99.5％；ph值大于7时，溶液中的pb2+与oh-相互作用，pb2+以pb(oh)2沉淀形式析出。实验结果表明本发明的吸附剂对水中pb2+的吸附具有很强的ph适应性。ph值为5-7时，对pb的吸附效果最好。对初始浓度100mg/l的pb2+溶液10ml，加入0.01g本发明的吸附剂，在温度为8、16、24℃的条件下振荡吸附15min，温度从8℃升至24℃，pb2+的去除率有所增大；16-24℃时pb去除率较高，当温度高出24℃时去除率开始降低，40℃时的去除率降为92.5％。可能是因为温度的升高增加了pb的活性，本发明的吸附剂吸附的pb又被取代下来，重新进入溶液中。总体来看，利用本发明的吸附剂处理含pb2+废水可以在常温下进行，这更有利于实际的应用。作为一种优选，本发明的吸附剂对pb2+具有良好的吸附性能。在温度为24℃，废水ph为6，0.01g本发明吸附剂对100mg/l的pb2+溶液10ml吸附15min，pb2+的去除率可达99％以上。动物实验1、清洁级健康sd大鼠45只，体质量(206±8)g，雌雄各半，用作毒理实验，喂以普通饲料，普通饮水。室温控制在(20±5)℃，湿度(51±3)％，自然光照。2、随机分为3组，防治组、观察组和对照组。观察组饮用超标的污水，对照组饮用正常用水，防治组饮用经过本发明吸附剂及吸附方法处理过的超标污水。3、实验结果喂养半年后，防治组、对照组大鼠的外观、毛色，社会行为、刺激性等和对周围环境、食物、水的兴趣等比较差异均无统计学意义(p＞0.05)。两组大鼠实验后体质量均较本组实验前增加(p＜0.05)，但两组实验后体质量比较差异均无统计学意义(p＞0.05)，两组大鼠实验后血液细胞学指标、血液生化学指标、重要脏器系数比较差异均无统计学意义(p＞0.05)。两组大鼠处死后重要脏器行病理切片染色检查，he染色。防治组大鼠脏器组织结构排列有序，细胞大小、形态正常，胞浆、胞核染色清晰，与正常对照组比较差异无统计学意义(p＞0.05)。而观察组出现半数死亡，半数出现不同的病状，经过解剖研究，因长期饮用严重超标的污水所致。农业实验1、挑选均匀一致的番茄苗，移植到塑料盆中，共90盆，每盆4株，随机分为3组，防治组、观察组和对照组。观察组使用严重超标的污水浇灌，对照组使用正常用水浇灌，防治组使用经过本发明吸附剂及吸附方法处理过的严重超标的污水浇灌。其他方面各盆番茄管理一致，成熟时收获，收获时测定每盆土壤重金属含量以及收获后番茄内重金属含量。2、采用火焰原子吸收光谱法，对土壤中几种重金属的检测结果见下表。组别pb(mg/kg)cd(mg/kg)cr(mg/kg)as(mg/kg)防治组180.08118观察组1080.3223217对照组240.1119103、采用原子荧光光谱法(afs)，对采收的番茄中几种重金属的检测结果见下表。组别pb(mg/kg)cd(mg/kg)cr(mg/kg)as(mg/kg)防治组0.10.040.10.2观察组0.90.181.20.8对照组0.30.090.40.44、收获时测定番茄挂果数、平均果重、产量及质量；并观察记录生长情况。组别平均果重(g)挂果数发病率(％)虫害率(％)产量增幅(％)防治组270100030观察组16053030-40对照组230815200通过以上结果可知，采用本发明的吸附剂及吸附方法可有效降低污水中重金属的含量，有效降低农作物的发病率和虫害率，还能提高质量、产量，值得推广应用。具体实施方式本发明吸附剂是由玉米秸秆和松木末制成；将玉米秸秆用清水洗涤后，放入烘箱中，在80℃下烘干至水分≤5.0％，再粉碎至80目后与干净的松木末按重量比1∶1混合，加入占混合后物料总重量25％的清水，再加入占混合后物料总重量2.1％的水解酶，均匀混合后放入密闭容器中，控制密闭容器中的温度为35℃，酶解16小时后，收集酶解后的物料用清水洗涤，用离心机脱水，放入干燥箱中，在80℃下烘干至水分≤4.0％，收集烘干后的物料置于碳化炉中，在通入氮气保护条件下，升温至330℃，进行热解炭化反应，保温40min后，以15℃/min的升温速度，升温至740℃保温1h，停止通氮气，再将温度以10℃/min的速率降温至300℃，保温半小时，加热炉自然冷却后，得本发明生物质炭，将本发明生物质炭浸入由红辣蓼550g、红半边莲650g、赤胫散700g、博落回650g、了哥王700g加入250l水制成的生物质液中20h，后经干燥，加工至直径0.2-0.5mm的颗粒得本发明吸附剂；取0.8g本发明的吸附剂投于14℃，50ml40mg·l-1的cr6+溶液中，控制溶液的ph值为4.5，吸附90min，cr6+的去除率达到98.87％；本发明的吸附剂对pb2+具有良好的吸附性能，在温度为24℃，废水ph为6，0.01g本发明吸附剂对100mg/l的pb2+溶液10ml吸附15min，pb2+的去除率可达99％以上。当前第1页12