一种用于废水除铅的水处理材料及其制备方法和应用

本发明涉及水处理材料，尤其涉及一种用于废水除铅的水处理材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、目前我国重金属污染形势日趋严峻，尤其是铅离子污染问题，农作物吸收过量的铅离子会影响它们的生长和产量；并且铅离子不可生物降解，会导致其在动植物体内累积，从而引起各种疾病的发生，其持久性和毒性成为水资源主要的污染物之一。因此，解决水环境中铅离子污染问题迫在眉睫。

2、现有技术中，去除废水中铅离子最常用的方法有电解法、离子交换法、膜分离法和吸附法。其中，吸附法由于操作简单、适用范围广，不存在二次污染，反应速度快，经济，选择性好，易于设计和操作的优点，而被广泛使用。且目前现有技术常用的吸附剂有活性炭、粉煤灰、磁性石墨烯、壳聚糖等，但是其在除去水中铅离子时，由于实际有效的比表面积不高，导致铅离子去除效果不佳且吸附处理时间较长，不利于推广进行大规模使用。并且，本领域技术人员为了提高比表面积高的吸附材料，考虑到采用金属有机骨架材料(mofs)作为吸附剂以除去废水中铅离子，但是金属有机骨架材料(mofs)的稳定性和选择性不佳，也无法高效的去除废水中铅离子。

3、为此，本发明提供一种用于废水除铅的水处理材料及其制备方法和应用。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于废水除铅的水处理材料及其制备方法和应用。

2、本发明的一种用于废水除铅的水处理材料及其制备方法和应用是通过以下技术方案实现的：

3、本发明的第一个目的是提供一种用于废水除铅的水处理材料的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤1，将葡萄藤和甘蔗渣分别烘干后粉碎，获得葡萄藤粉末和甘蔗渣粉末；并将所述葡萄藤粉末与甘蔗渣粉末混匀，获得混合粉体；

5、步骤2，将所述混合粉体置于含fe3+溶液中，进行搅拌处理，固液分离，获得前驱体材料；

6、步骤3，将所述前驱体材料在氮气氛围下进行碳化处理，获得改性生物炭；

7、步骤4，将所述改性生物炭研磨成粉后，加入粉煤灰和碱金属氢氧化物混匀，进行活化处理，获得多孔改性生物炭；

8、步骤5，以海藻酸钠溶液为包埋剂，cacl2溶液为交联剂，对所述多孔改性生物炭进行凝胶包埋处理，冷冻干燥后，即获得所述用于废水除铅的水处理材料。

9、进一步地，所述混合粉体与所述含fe2+溶液用量比为1g:15～25ml；

10、且所述含fe3+溶液中fe3+的浓度为0.8～1.2mol/l。

11、进一步地，所述葡萄藤粉末与所述甘蔗渣粉末的质量比为0.5～1.5:1。

12、进一步地，所述粉煤灰、碱金属氢氧化物与改性生物炭的质量比为1～3:0.2～0.5:1。

13、进一步地，所述搅拌处理的温度为65～75℃，搅拌时间为20～60min。

14、进一步地，所述海藻酸钠溶液的质量浓度为2～4％；且所述海藻酸钠溶液与改性生物炭的用量比为10ml:1～3g。

15、进一步地，所述cacl2溶液的的质量浓度为2～4％。

16、进一步地，所述碳化处理的工艺为：

17、先以5～10℃/min的升温速率升温至300～400℃保温1～2h，随后以10～15℃/min的升温速率升温至500～600℃保温1～2h，然后冷却至室温。

18、进一步地，所述凝胶包埋处理通过以下步骤进行：

19、s1、将所述多孔改性生物炭均匀分散于所述海藻酸钠溶液中，获得溶液a；

20、s2、于3～5℃的温度下，将所述溶液a注射至cacl2溶液中，获得凝胶微球；

21、s3、将所述凝胶微球于室温放置0.5～1.5h，洗涤后，再加入cacl2溶液将其表面浸没，随后于3～5℃的温度下交联18～24h，取出微球，洗涤后干燥，即获得所述用于废水除铅的水处理材料。

22、本发明的第二个目的是提供一种上述制备方法制备的水处理材料。

23、本发明的第三个目的是提供一种上述水处理材料在去除废水中铅离子的应用。

24、本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

25、本发明以葡萄藤粉末和甘蔗渣粉末为碳源，通过将其浸于含fe3+溶液中，由于葡萄藤粉末和甘蔗渣粉末均还有丰富的植物纤维和孔隙结构，能够便于负载fe3+，进而获得负载有fe3+碳源，即前驱体材料。然后将前驱体材料进行碳化处理，在碳化过程中，葡萄藤粉末和甘蔗渣粉末转化为生物炭，同时负载于其上的fe3+离子转化为fe3o4(可能还有fe2o3)，获得铁改性的改性生物炭，其中，fe3o4具有磁性特性，有助于使得水处理材料较好地从水相中分离出来，从而使其能够快速回收。然后，通过粉煤灰和碱金属氢氧化物作为第二改性剂，对改性生物炭进一步地进行改性处理，其中，粉煤灰含有大量多孔玻璃体，呈多孔性蜂窝状组织，比表面积较大，同时其表面还具有大量si-o-si键、al-o-al键等活性基团，吸附活性较高。并且，碱金属氢氧化物不仅能够进一步活化改性生物炭，而且还能够协助粉煤灰在高温条件下生成大量新的微细小孔，增加比表面积和孔隙率，为结合铅离子提供了更多的位点，能有效地吸附铅离子，进而有助于其吸附性能。并且，本发明通过在生物炭表面包覆凝胶材料，能够进一步提高材料的吸附容量，同时提高了材料的可再生重复利用性能。

26、本发明制备方法操作简单，且制备的水处理材料能有效地吸附铅离子且具有优秀的可再生重复利用性能，有利于推广进行大规模使用。

技术特征：

1.一种用于废水除铅的水处理材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合粉体与所述含fe3+溶液用量比为1g:15～25ml；

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述葡萄藤粉末与所述甘蔗渣粉末的质量比为0.5～1.5:1。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述粉煤灰、碱金属氢氧化物与所述改性生物炭的质量比为1～3:0.2～0.5:1。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌处理的温度为65～75℃，搅拌时间为20～60min。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述海藻酸钠溶液的质量浓度为2～4％；且所述海藻酸钠溶液与多孔改性生物炭的用量比为10ml:1～3g；

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳化处理的工艺为：

8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述凝胶包埋处理通过以下步骤进行：

9.一种权利要求1-8任意一项所述的制备方法制备的水处理材料。

10.一种权利要求9所述的水处理材料在去除废水中铅离子的应用。

技术总结
本发明属于水处理材料技术领域，公开一种用于废水除铅的水处理材料及其制备方法和应用，所述制备方法为：将葡萄藤和甘蔗渣烘干后粉碎，混匀获得混合粉体；将混合粉体置于含Fe3+溶液中进行搅拌处理，固液分离，获得前驱体材料；将前驱体材料在氮气氛围下进行碳化处理后，研磨成粉，加入粉煤灰和碱金属氢氧化物混匀，进行活化处理，获得多孔改性生物炭；以海藻酸钠溶液为包埋剂，CaCl2溶液为交联剂，对所述多孔改性生物炭进行凝胶包埋处理，冷冻干燥后，即获得所述用于废水除铅的水处理材料。本发明制备方法操作简单，且制备的水处理材料能有效地吸附铅离子且具有优秀的可再生重复利用性能，有利于推广进行大规模使用。

技术研发人员：李雅,方向青
受保护的技术使用者：西安航空学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13