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基本信息

項(xiàng)目名稱：
秸稈基陰離子吸附劑研制及在水處理中的應(yīng)用
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
以農(nóng)業(yè)廢棄物農(nóng)作物秸稈（麥草秸稈等）為原料通過化學(xué)改性（利用環(huán)氧氯丙烷、三乙胺等）制備秸稈吸附劑。此吸附劑能有效去除使水體富營(yíng)養(yǎng)化的硝酸鹽和磷酸鹽，對(duì)NO3-和PO43-的最大吸附量大于50mg/g，明顯高于商業(yè)活性炭及大部分離子交換樹脂；具有設(shè)備簡(jiǎn)單、效果穩(wěn)定、投資少等優(yōu)點(diǎn)。秸稈吸附劑吸附飽和后可作肥料還田，以提高土壤的肥力。該產(chǎn)品使農(nóng)業(yè)固體廢物資源化，且解決了水體富營(yíng)養(yǎng)化等問題，實(shí)現(xiàn)以廢治廢。
詳細(xì)介紹：
用環(huán)氧氯丙烷、二乙烯三胺和三乙胺等對(duì)麥草秸稈及棉花秸稈進(jìn)行化學(xué)改性, 制備改性麥草秸稈和改性棉花秸稈陰離子交換樹脂，研究改性樹脂的性能指標(biāo)并分別考察改性麥秸樹脂對(duì)水體中NO3-和改性棉稈樹脂對(duì)水中PO43-的吸附性能及效果. 研究結(jié)果表明, 改性樹脂引入了帶正電荷的胺基基團(tuán), 可以顯著提高對(duì)NO3-和PO43-的吸附性能；拉曼光譜及zeta電位分析證明改性樹脂對(duì)NO3-和PO43-的吸附機(jī)理為離子交換；吸附過程符合Langmuir等溫吸附模式；陰離子吸附劑的最大吸附量：對(duì)硝酸根的最大吸附量大于50mg NO3-/g吸附劑；對(duì)磷酸根的最大吸附量大于50mg PO43-/g吸附劑；在對(duì)硝酸根和磷酸根的吸附率達(dá)到90%的條件下，陰離子吸附劑可重復(fù)利用多次。秸稈吸附劑吸附飽和后可作為肥料還田，以提高土壤的肥力。該產(chǎn)品不僅使農(nóng)業(yè)固體廢物的資源化，而且可以解決水體富營(yíng)養(yǎng)化及城市污水處理廠的脫氮除磷問題，實(shí)現(xiàn)以廢治廢。

作品圖片

  • 秸稈基陰離子吸附劑研制及在水處理中的應(yīng)用
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作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

1、主要目的：通過對(duì)麥草及棉花秸稈化學(xué)改性研制陰離子吸附劑，使其能高效低成本吸附使水體富營(yíng)養(yǎng)化的硝酸根、磷酸根，實(shí)現(xiàn)以廢治廢。 2、基本思路： 選用麥草及棉花秸稈為研究對(duì)象，針對(duì)纖維結(jié)構(gòu)特性研究化學(xué)改性合成方法，制備吸附劑。 表征秸稈改性前后比表面積、孔徑等變化，研究合成機(jī)理。 在不同pH、溫度等條件下，研究其結(jié)構(gòu)性能與去除磷酸根離子和硝酸根離子效果間的關(guān)系，探討吸附機(jī)理。 研究吸附等溫線，根據(jù)吸附熱力學(xué)模型計(jì)算熱力學(xué)參數(shù)；研究吸附動(dòng)力學(xué)模型。 通過在不同脫附介質(zhì)、pH等條件下吸附-解吸循環(huán)試驗(yàn)，研究吸附劑吸附容量變化及穩(wěn)定性，完善再生技術(shù)，提高再生效率及使用次數(shù)。研究吸附劑對(duì)實(shí)際水樣處理效果。 3、創(chuàng)新點(diǎn) 對(duì)麥草及棉花秸稈通過化學(xué)改性研制陰離子吸附劑，深入系統(tǒng)地對(duì)該類吸附劑構(gòu)效關(guān)系、吸附效果和影響因素等進(jìn)行應(yīng)用研究目前國(guó)內(nèi)外尚未報(bào)道；研制出陰離子吸附劑吸附富營(yíng)養(yǎng)化水體中的硝酸鹽和磷酸鹽飽和后可作肥料還田，提高土壤的肥力。該研究實(shí)現(xiàn)了以廢治廢和農(nóng)業(yè)固體廢物資源化，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)。 4、技術(shù)關(guān)鍵： 陰離子吸附劑合成方法研究及工藝和參數(shù)優(yōu)化，研制開發(fā)高效能對(duì)環(huán)境友好的陰離子吸附劑；明確陰離子吸附劑結(jié)構(gòu)、比表面積等特征與吸附陰離子效果之間關(guān)系。 5、主要技術(shù)指標(biāo)：制備出環(huán)境友好的陰離子吸附劑； 陰離子吸附劑的帶有正電荷,陰離子吸附劑最大吸附量：對(duì)硝酸根和磷酸根最大吸附量大于等于50mg；在對(duì)硝酸根和磷酸根的吸附率達(dá)90%的條件下，陰離子吸附劑可重復(fù)利用多次。

科學(xué)性、先進(jìn)性

研制出的吸附劑能高效低成本去除富營(yíng)養(yǎng)化水體中的硝酸鹽和磷酸鹽，吸附飽和后可作肥料還田，提高土壤的肥力，實(shí)現(xiàn)以廢治廢，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)，貢獻(xiàn)綠色GDP。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

無

作品所處階段

中試階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

無

作品可展示的形式

實(shí)物、圖片、樣品

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

1.特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)： 該改性麥秸陰離子吸附劑去除富營(yíng)養(yǎng)化水體中的硝酸鹽和磷酸鹽飽和后可作肥料還田，提高土壤的肥力。該研究實(shí)現(xiàn)以廢治廢和農(nóng)業(yè)固體廢物資源化，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)。并且能高效低成本地去除水中的污染離子，具有設(shè)備簡(jiǎn)單、效果穩(wěn)定、投資少等優(yōu)點(diǎn)。 用于水處理可明顯改善水體環(huán)境質(zhì)量。通過高效低成本地吸附去除水體中的硝酸根、磷酸根等陰離子，可解決水體富營(yíng)養(yǎng)化及脫氮除磷問題，為改善水體的環(huán)境質(zhì)量做出貢獻(xiàn)。 2.市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)： 每噸改性農(nóng)業(yè)秸稈陰離子吸附劑的生產(chǎn)成本：以年產(chǎn)5000噸改性農(nóng)業(yè)秸稈陰離子吸附劑為例，若售價(jià)按4500元/噸計(jì)(一般市售陰離子交換樹脂的價(jià)格約7000元/噸)，則年產(chǎn)值為2250萬元，年利稅為697.5萬元，其中稅金為140萬元，利潤(rùn)為557.5萬元?？梢娖浣?jīng)濟(jì)效益是十分顯著的。 改性農(nóng)業(yè)秸稈陰離子吸附劑處理城鎮(zhèn)污水成本：在改性小麥秸稈重復(fù)使用12次的情況下，吸附去除NO3-和PO43-的處理成本分別為0.11和0.03元/噸污水，具有較低的處理成本。

同類課題研究水平概述

目前，我國(guó)水資源受到了不同程度的污染，且有不斷加劇的趨勢(shì)，大量未經(jīng)處理的工業(yè)和生活污水的排放，嚴(yán)重污染了江河、湖泊和沿海海域的水質(zhì)，更加劇了水資源的緊張程度。尤其是我國(guó)的江河湖泊面臨著嚴(yán)重的富營(yíng)養(yǎng)化問題，如2007年太湖、滇池等湖泊藍(lán)藻爆發(fā)對(duì)城市用水安全再次敲響了警鐘，其中氮、磷元素是造成我國(guó)水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要污染因子，尤其氨氮、亞硝酸鹽氮，硝酸鹽氮，磷酸鹽是水體富營(yíng)養(yǎng)化最為關(guān)鍵的因素，如何高效、低成本地去除水中的氮磷，解決水體的富營(yíng)養(yǎng)化，已成為當(dāng)前研究工作的重點(diǎn)之一。 水和廢水的處理有生化法、離子交換法、吸附法、化學(xué)氧化法、電滲析法和絮凝沉降法等多種方法，其中吸附法應(yīng)用非常廣泛，而活性炭是最常用的吸附材料。但活性碳價(jià)格高，再生困難，使其在實(shí)際的廢水處理中受到限制，為了降低成本，尋找廉價(jià)、高效的吸附劑來部分替代活性炭用于廢水的處理，一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究課題。 農(nóng)業(yè)固體廢物以其豐富、廉價(jià)的生物資源得到了各國(guó)的普遍重視。利用農(nóng)作物秸稈制備新型吸附劑、離子交換劑等環(huán)保材料是近年來環(huán)境材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。據(jù)國(guó)外最新報(bào)導(dǎo)，用麥草、水稻、玉米等農(nóng)作物秸稈改性制備的吸附劑對(duì)于被油泥污染土壤的修復(fù)、染料廢水、重金屬及各種陰離子廢水的處理具有很好的效果。 我國(guó)目前在農(nóng)作物秸稈改性制備新型吸附劑的研究較少，與國(guó)外相比有較大差距，僅有少量關(guān)于水稻秸稈、植物秸稈、紅麻纖維改性制備重金屬吸附劑方面的研究。而將農(nóng)作物秸稈制備成陽離子型吸附劑用于磷酸根和硝酸根污染水體的修復(fù)的研究還鮮有報(bào)導(dǎo)。 本實(shí)驗(yàn)以較為常見的農(nóng)業(yè)固體廢物例如麥草和棉花秸稈為原料，利用環(huán)氧氯丙烷、三乙胺等制備含季胺鹽的農(nóng)作物秸稈吸附劑，探討改性秸稈吸附劑對(duì)磷酸根和硝酸根的吸附特性及吸附穩(wěn)定性，并借助zeta電位及拉曼光譜等表征手段，通過分析改性秸稈吸附磷酸根和硝酸根后的電荷及鍵合變化，確定改性秸稈對(duì)磷酸根和硝酸根的吸附機(jī)理。結(jié)果表明：本實(shí)驗(yàn)改性秸稈吸附劑對(duì)磷酸根和硝酸根的最大吸附容量大于50mg/g，明顯高于商業(yè)活性炭及大部分離子交換樹脂；其對(duì)磷酸根和硝酸根的吸附特性具有吸附速率快（<7 min）, 穩(wěn)定性高，可再生等特點(diǎn)。
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