一种将茶渣进行改性制备生物吸附剂的方法及生物吸附剂的应用

技术领域

本发明涉及一种新型生物吸附剂，具体为以废弃绿茶渣为原料制备而成的新型生物吸附 剂及其制备方法，可用于吸附废水中的染料分子。

背景技术

近十年来，我国茶产业发展势头强劲。2009年中国茶园种植面积达到184万公顷，占世界 的45%左右，茶产量135.8万吨，占世界总量的1/3。种植面积和茶叶产量均居世界第一。与此 同时，我国速溶茶、茶饮料、茶多酚等产业获得迅猛发展，其中茶饮料成为第三大饮料，仅 次于水与碳酸饮料。这些茶饮料及速溶茶公司每年产生的茶渣达到1.6亿千克，人们常把这些 废弃茶渣当作垃圾处理，不仅浪费资源，而且容易造成环境污染。因而可以通过开发茶渣， 使之成为新型资源并加以利用，在保护环境同时提高资源利用率。如何合理处理废弃茶渣， 已越来越引起社会各界的关注和重视。

染料是指能使纤维等材料着色的物质，广泛应用于染色、印花、油漆等领域。多种多样 的染料在带给我们美妙的视觉享受的同时，在生产、流通过程中也会排放出大量的工业废水， 严重破坏生态环境，威胁人类安全。然而，由于染料废水具有色度高、成分复杂、性质稳定 且不易降解等特征，被公认为急需处理的废水之一，实际生产中常采用吸附法进行处理。目 前，活性炭是处理染料废水中应用最广泛的吸附剂，但是，由于活性炭价格昂贵且不易再生， 使得其应用前景受到一定限制。近年来，利用廉价的农产品废弃物作为吸附剂处理染料废水 已引起了人们的广泛关注。而茶渣作为大宗农业废弃物，来源广泛，价格低廉，因此可以利 用茶渣进行化学改性，制备出新型的染料吸附剂，变废为宝，为茶渣的综合利用提供新思路。

发明内容

本发明提供一种将茶渣进行改性制备生物吸附剂的方法及生物吸附剂的应用，所述生物 吸附剂以废弃绿茶渣为主要原料，通过环氧氯丙烷及二甲胺改性而制得，具体技术方案如下。

一种将茶渣进行改性制备生物吸附剂的方法，包括如下步骤：

（1）绿茶渣经洗涤，烘箱干燥4－6小时，干燥温度为50－70℃，经粉碎机粉碎过20-100 目筛得绿茶渣粉末备用；

（2）绿茶渣粉末加入质量浓度为5％－20％的氢氧化钠水溶液碱化预处理1－3小时， 反应结束后取出，过滤，蒸馏水洗涤，烘干，得碱化处理后的绿茶渣粉末；

（3）碱化处理后的绿茶渣粉末与环氧氯丙烷放入反应器进行醚化反应，搅拌反应1－6 小时，反应温度为20－50℃，所述环氧氯丙烷与碱化处理后的绿茶渣粉末的用量 比为3～10：1mL/g；

反应结束后过滤得到醚化后的绿茶渣粉末，然后洗涤，烘干，备用；

（4）经环氧氯丙烷处理的绿茶渣粉末与二甲胺水溶液放入反应器进行胺化改性反应，搅 拌反应3－10小时，反应温度为60－90℃，所述二甲胺溶液与经环氧氯丙烷处理 的绿茶渣粉末的用量比为5～10：1mL/g，反应结束后过滤得到胺化后的绿茶渣粉 末，然后洗涤，烘干，即得所述生物吸附剂。

上述制备方法中，步骤（1）所述绿茶渣是绿茶系列产品加工过程中产生的废弃物。

进一步优化的，步骤（2）中，所述氢氧化钠水溶液体积与绿茶渣质量比例为10：1－ 25：1mL/g；骤（4）所述二甲胺水溶液的质量浓度为33%。

步骤（3）中，所述反应器配有冷凝回流装置和磁力搅拌装置。所述反应结束后洗涤的方 法是：依次使用蒸馏水、丙酮溶液、蒸馏水洗涤。

步骤（4）中，所述反应结束后洗涤的方法是：依次使用丙酮溶液、热蒸馏水、无水乙 醇洗涤。

上述方法所制得的生物吸附剂能应用在净化处理染料废水中。所述染料是活性深蓝B， 直接大红4B，还原黄G中的一种或几种。

与现有技术相比，本发明的生物吸附剂具有以下优点：

（1）本发明的吸附剂所用主要原料是废弃绿茶渣，来源丰富，价格低廉，吸附剂对染料 分子吸附能力强，吸附性能稳定。

（2）为茶渣高值化利用提供途径，解决工业生产过程中茶渣难处理问题。

（3）反应条件温和，工艺路线简单易行，无污染，易于工业化操作。

（4）本发明制得的吸附剂对直接大红4B、活性深蓝B等染料具有良好吸附功能。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的实施作进一步说明：实施例中所述的吸附容量，是所述生 物吸附剂对一定浓度染料废水吸附指标。吸附前后染料浓度是由紫外可见分光光度计测 定。

吸附容量计算公式：其中Q为吸附容量，单位为mg/g；C0，Ct 为在初始时刻和t时刻的模拟溶液浓度；V为模拟溶液体积；m为吸附剂质量

实施例1：

（1）绿茶渣洗涤，烘箱干燥4小时，烘干温度为50℃，经粉碎机粉碎过40目筛得粉末 绿茶渣备用；

（2）绿茶渣粉末加入质量浓度为10％氢氧化钠水溶液碱化预处理2小时，绿茶渣与氢 氧化钠溶液料液比（mL氢氧化钠溶液/g绿茶渣）为10：1，反应结束后取出，过 滤，蒸馏水洗涤，烘干，备用；

（3）经碱化处理的绿茶渣与环氧氯丙烷以料液比（mL环氧氯丙烷/g绿茶渣）5：1放 入反应器进行醚化反应，反应温度为20℃，搅拌反应3小时，反应结束后取出， 过滤，依次使用蒸馏水、丙酮溶液、蒸馏水洗涤，烘干，备用；

（4）经环氧氯丙烷处理的绿茶渣与浓度为33%的二甲胺溶液以料液比（mL二甲胺溶液 /g绿茶渣）10：1放入反应器进行胺化改性反应，反应温度为50℃，搅拌反应5 小时，反应结束后取出，过滤，洗涤，烘干。该吸附剂对直接大红4B的吸附量为 91mg/g。

实施例2：

（1）绿茶渣洗涤，烘箱干燥5小时，烘干温度为60℃，经粉碎机粉碎过60目筛得粉末 绿茶渣备用；

（2）绿茶渣粉末加入质量浓度为15％氢氧化钠水溶液碱化预处理1小时，绿茶渣与氢 氧化钠溶液料液比（mL氢氧化钠溶液/g绿茶渣）为15：1，反应结束后取出，过 滤，蒸馏水洗涤，烘干，备用；

（3）经碱化处理的绿茶渣与环氧氯丙烷以料液比（mL环氧氯丙烷/g绿茶渣）8：1放 入反应器进行醚化反应，反应温度为30℃，搅拌反应2小时，反应结束后取出， 过滤，依次使用蒸馏水、丙酮溶液、蒸馏水洗涤，烘干，备用；

（4）经环氧氯丙烷处理的绿茶渣与浓度为33%的二甲胺溶液以料液比（mL二甲胺溶液 /g绿茶渣）9：1放入反应器进行胺化改性反应，反应温度为60℃，搅拌反应4小 时，反应结束后取出，过滤，依次使用丙酮溶液、热蒸馏水、无水乙醇洗涤洗涤， 烘干。该吸附剂对直接大红4B的吸附量为84mg/g。

实施例3：

（1）绿茶渣洗涤，烘箱干燥6小时，烘干温度为70℃，经粉碎机粉碎过80目筛得粉末 绿茶渣备用；

（2）绿茶渣粉末加入质量浓度为12％氢氧化钠水溶液碱化预处理2小时，绿茶渣与氢 氧化钠溶液料液比（mL氢氧化钠溶液/g绿茶渣）为20：1，反应结束后取出，过 滤，蒸馏水洗涤，烘干，备用；

（3）经碱化处理的绿茶渣与环氧氯丙烷以料液比（mL环氧氯丙烷/g绿茶渣）6：1放 入反应器进行醚化反应，反应温度为40℃，搅拌反应2.5小时，反应结束后取出， 过滤，依次使用蒸馏水、丙酮溶液、蒸馏水洗涤，烘干，备用；

（4）经环氧氯丙烷处理的绿茶渣与浓度为33%的二甲胺溶液以料液比（mL二甲胺溶液 /g绿茶渣）

8：1放入反应器进行胺化改性反应，反应温度为70℃，搅拌反应5小时，反应结 束后取出，依次使用丙酮溶液、热蒸馏水、无水乙醇洗涤过滤，洗涤，烘干。该吸 附剂对直接大红4B的吸附量为82mg/g。

实施例4：

（1）绿茶渣洗涤，烘箱干燥4小时，烘干温度为60℃，经粉碎机粉碎过100目筛得粉 末绿茶渣备用；

（2）绿茶渣粉末加入质量浓度为20％氢氧化钠水溶液碱化预处理1.5小时，绿茶渣与氢 氧化钠溶液料液比（mL氢氧化钠溶液/g绿茶渣）为25：1，反应结束后取出，过 滤，蒸馏水洗涤，烘干，备用；

（3）经碱化处理的绿茶渣与环氧氯丙烷以料液比（mL环氧氯丙烷/g绿茶渣）10：1 放入反应器进行醚化反应，反应温度为50℃，搅拌反应4小时，反应结束后取出， 过滤，依次使用蒸馏水、丙酮溶液、蒸馏水洗涤，烘干，备用；

（4）经环氧氯丙烷处理的绿茶渣与浓度为33%的二甲胺溶液以料液比（mL二甲胺溶液 /g绿茶渣）

6：1放入反应器进行胺化改性反应，反应温度为80℃，搅拌反应7小时，反应结 束后取出，过滤，依次使用丙酮溶液、热蒸馏水、无水乙醇洗涤洗涤，烘干。该吸 附剂对直接大红4B的吸附量为95mg/g。