[发明专利]一种负载纳米零价镁生物炭、制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于复合材料领域，涉及一种负载纳米零价镁生物炭材料，具体涉及一种负载纳 米零价镁生物炭、制备方法及其应用。

背景技术

随着工业经济的不断发展，水体铬污染已成为世界各国都普遍存在的严重的环境污染问 题。金属加工、电镀、制革等行业排放的废水和废气是水体中铬污染的主要来源。通常情况 下，铬在废水中以三价铬和六价铬两个稳定形态存在，而其中六价铬致突变和致癌效应要远 远大于三价铬。作为一种有毒重金属，六价铬具有很强的毒性和生物蓄积性，即使是非常低 的浓度也会对人体和其他生物造成非常大的毒害作用。我国《污水综合排放标准》 (GB8978-1996)中明确规定工业废水中总铬含量不得超过1.5mg/L，六价铬含量不得超过 0.5mg/L。因此在废水排放前，必须高度重视生态环境中六价铬污染的防治和处理，对六价 铬进行有效的去除以实现达标排放。因此，含六价铬废水的有效处置已经刻不容缓。

目前常用的处理方法有化学沉淀、结晶、离子交换、吸附等。其中，吸附法以其操作简 便易行、效率高、反应快成为最为常用的技术。多种吸附剂如碳纤维材料、黏土矿物、沸石 以及一些金属氧化物等都被广泛的应用于六价铬的吸附降解。但由于这些传统的吸附剂普遍 存在着吸附能力低下吸附速率慢、吸附条件较为严格(通常只在特定的pH或温度范围内起 作用)、吸附过后难以再生等诸多问题，从而导致它们的实际应用通常受到较大限制。纳米零 价镁由于其极强的还原性、较大的比表面积和微界面特征，因此近年来关于利用纳米零价镁 吸附去除水体中六价铬的研究不乏相关报道。然而，由于纳米零价镁一般以超细颗粒的粉末 状(粒径在10-44μm之间)存在，不易于回收，因而导致增加了水体除铬成本，同时将纳米 零价镁直接应用于水体中，过量的纳米颗粒等可能对一些水生生物造成毒害，进而影响到整 个水生生态系统的稳定，只有将其负载到稳定性强、孔隙率较高的载体上才能实现其在环境 友好前提下的高效应用。

另一方面，大量的农业秸秆等废弃物因无法实现有效的处理而导致不得不将其废弃甚至 焚烧，不但造成了农业资源的浪费，同时也对大气环境造成了极大的污染。生物炭一般是指 农作物(秸秆类)或树枝等植物材料在缺氧或绝氧条件下热解产生的一类具有大孔隙率和较 高比表面积的碳材料。生物炭因其具有极大的稳定性，常将其施入土壤中以发挥固碳减排的 作用；因其具有极大的比表面积且表面且大多带负电，一般用于吸附去除水体中的重金属(阳 离子)和中性有机污染物，而对水体中一些以阴离子形式存在的污染物(如Cr₂O₇^2-)则难以 吸附甚至不吸附。

发明内容

本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种负载纳米零价镁生物炭的制备方法， 制得的负载纳米零价镁生物炭能够克服上述的缺陷。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种负载纳米零价镁生物炭的制备方法， 它包括以下步骤：

(a)将干燥的秸秆剪切后，进行热解碳化得生物炭材料；

(b)将所述生物炭材料分散于溶解有Mg²⁺的溶液中，加入还原剂，并在惰性气体气 氛中搅拌反应，过滤后干燥即可。

优化地，步骤(a)中，所述热解温度为200～700℃，停留时间为10～60分钟。

进一步地，步骤(a)中，所述秸秆剪切后先置于0.1～0.5mol/L的盐酸溶液中浸泡12～24 小时，取出后用碱液浸洗至浸出液为中性，干燥后置于马弗炉中进行热解碳化。

优化地，步骤(b)中，所述生物炭材料与镁元素的质量比为100：2.5～15。

进一步地，步骤(b)中，将所述生物炭材料分散于溶解有Mg²⁺的溶液中搅拌浸泡3～5 小时，再加入还原剂，在惰性气体气氛中搅拌反应15～30分钟。

进一步地，步骤(b)中，过滤后用乙醇清洗多次后干燥，磨碎后过50～100目的筛子 即可。

本发明的又一目的在于提供一种负载纳米零价镁生物炭，它由上述的负载纳米零价镁 生物炭的制备方法制得。

本发明的再一目的在于提供一种负载纳米零价镁生物炭的应用，它可应用于吸附水体 中的六价铬离子。