[发明专利]一种巯基甘蔗渣生物吸附剂的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及农业废弃物的再利用、生物吸附剂的制备方法和重金属废水的处理应用技术，属于环境与材料的交叉领域，特别涉及一种巯基甘蔗渣生物吸附剂制备方法及在水处理中应用技术。 

  

背景技术

随着我国工业的快速发展，含重金属离子废水大量产生和排放，土壤和水源中重金属离子含量增加，重金属会通过食物链等途径进入生物体，重金属离子在自然环境中不能自行降解，而且还具有积累性污染，对生态环境和人体健康造成严重危害，治理的难度较大。目前，水体中重金属污染已经成为当今世界上最严重的环境污染之一。因此，有效防范和治理重金属污染是十分迫切需要解决问题，寻找经济、有效、安全、不造成二次污染治理重金属污染的途径是十分重要。目前，对废水中重金属处理的方法主要有三类：第一类是化学沉淀法，包括中和沉淀法、硫化物沉淀法、铁氧体沉淀法、化学还原法、电化学法和高分子法；第二类是物理处理法，包括吸附法、离子交换法、膜分离法、蒸发和凝固法；第三类是生物处理法，包括生物絮凝法、生物化学法和植物修复法。其中吸附法具有不产生二次污染，可再生回收反复使用等优点，而备受重视。 

目前，越来越多的农林废弃物被用来制备成吸附剂，用来处理废水中的重金属和染料，这些废弃物是农业和林业生产加工过程中产生的副产品，数量巨大，具有可再生、再生周期短、可生物降解、环境友好等优点，是重要的生物资源，主要有树皮、果壳、锯末、秸秆、甘蔗渣等。其中甘蔗渣中含有纤维素高，而且纤维的强度大，是用来制备吸附剂很理想的原料，而且我国每年要产生700万吨的甘蔗渣，有70%当作生活然料了，或者就地燃烧还田了，20%左右作为饲料，10%左右用作造纸原料，将甘蔗渣这种废弃生物原料充分利用，可以提高其应用价值，减少污染，同时可以增加农作物的价值，增加农民收入。 

自1971年日本的西末雄等首次将巯基接到脱脂棉的大分子链上，生成一种新的巯基鳌合固体吸附剂以来，以巯基为功能基团的分离富集吸附剂得到了广泛的应用，这是由于巯基吸附剂中的活性基团巯基与某些重金属离子有很强的鳌合作用。国内外都有通过化学反应把巯基接到天然大分子或树脂上，从而制得巯基葡聚糖凝胶、巯基活性炭和巯基树脂等，以实现对某些重金属离子的定量吸附可达到某些重金属离子的分离。国内巯基吸附剂的合成及应用，申请号为200310115874.3的专利中公开了一种制备巯基棉的方法，其特征是用硫代乙醇酸，四氢呋喃和浓硫酸配成反应液，反应液各组分的用量按体积计算，比例为：硫代乙醇酸：四氢呋喃：浓硫酸=1：1：0.002，将反应液在磨口广口瓶反应器中放置8~12分钟；将脱脂棉放入反应器中，让反应液完全浸泡脱脂棉，反应液与脱脂棉的用量是100mL反应液加入脱脂棉15克；磨口广口瓶加塞后在35~45℃温度下，放置45~50小时取出，抽滤，加无水乙醇洗涤，于40℃干燥；申请号为：200410084394.X的专利中公开了巯基纤维素修饰材料的制备方法，其特征在于，制备工艺由巯基纤维素溶液的制备、用巯基纤维素溶液对活性炭的修饰、材料的洗涤和干燥工序组成；所述的巯基纤维素溶液的制备过程中采用了高比例的乙酸酐，溶液组成百分比为：棉花：2.0~6.0%；巯基乙酸：25~35%；乙酸酐：52.5~70.9%；冰醋酸：2.0~6.0%；硫酸：0.1~0.5%；所述的巯基纤维素溶液对活性炭的修饰是把活性炭浸泡于巯基纤维素溶液中，30~40℃温度下，放置30分钟。以上这两个专利只有巯基吸附剂的制备方法，没有对金属离子吸附的描述。申请号为：200810039202.1的专利中公开了巯基官能化二氧化硅中空微球作为汞离子吸附剂的用途，其对Hg²⁺的最大吸附容量为3477mg/g；申请号为：200910019165.2的专利中公开了巯基功能化丝瓜络制备方法及应用，其特征是：在具塞的三角瓶中，按如下组成质量百分比加入，巯基乙酸：38~48%，四氢呋喃：30~40%，碱化改性的丝瓜络：18~25%，浓硫酸：0.15~0.3%，加塞，于40℃恒温放置48 h，然后用去离子水洗涤、抽滤，至滤液呈中性为止，用少量乙醇洗涤后，放在35℃烘箱中干燥，得到巯基功能化丝瓜络。其对Cd²⁺的吸附容量可高达226mg/g，最高吸附率可达99.5%，对Fe³⁺的最大吸附量为30.12mg/g，对Zn²⁺的最大吸附量为41.81mg/g, 对Cu²⁺的最大吸附量为29.26mg/g。申请号为：201110276212.9的专利中公开了巯基亚麻的制备方法及应用，特点是：在具塞的三角瓶中，按如下组成质量百分比加入，巯基乙酸：45~52%，四氢呋喃：35~40%，脱胶亚麻：23~30%，冰醋酸：1~1.5%，浓硫酸：0.15~0.3%，加塞，于50~60℃下,搅拌下回流4~6 h，然后用去离子水洗涤、抽滤、至滤液呈中性为止，用少量乙醇洗涤后，放在35℃烘箱中干燥，得到巯基亚麻，其对Cd²⁺的吸附容量可高达282mg/g，最高吸附率可达99.6%，对Pb²⁺的最大吸附量为519mg/g, 对Cu²⁺的最大吸附量为160mg/g。