[发明专利]二氧化锰修饰的生物炭复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种二氧化锰修饰的生物炭复合材料及其制备方法和应用，该复合材料包括二氧化锰和生物炭；二氧化锰修饰的生物炭复合材料是通过高锰酸盐与二价锰盐中锰元素的归中反应将生成的二氧化锰负载到生物炭上制备而成。本发明二氧化锰修饰的复合材料具有对重金属铅或镉的吸附能力强、吸附效果明显、制备成本低等优点，是一种较为理想的重金属废水吸附剂，其制备方法具有工艺简单、原料廉价、物料充分利用、生产成本低等优点。本发明二氧化锰修饰的复合材料可用于处理重金属废水，具有对重金属的吸附容量大、吸附效率高，对环境中生物的毒性低等优点，能够大规模生产和应用。

技术领域

本发明属于材料和环境领域，具体涉及到一种二氧化锰修饰的生物炭复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着现代工农业的快速发展，重金属通过矿山开采、金属加工及化工生产废水等工业污染源，农药化肥的使用和生活垃圾等人为污染源，以及地质侵蚀、风化等天然源形式进入水体，对公共健康和生态环境造成严重的威胁。更为严重的是，重金属污染具有隐蔽性、长期性、不可逆性及后果严重性等特点，能通过生态食物链最终进入人体，会导致生理上的疾病，危害人类健康。

目前，已有许多处理技术应用于重金属污水治理中，主要有植物修复技术、动物修复技术、微生物修复技术、化学沉淀法、膜系统以及吸附法。与其他方法相比，吸附法因其操作方便、吸附剂的种类多样、运行成本低、效率高、设计灵活、容易再生、处理的废水适于回收利用等优势而成为一个应用广泛且高效的处理方法。

生物炭是废弃生物材料通过高温裂解的方法在缺氧或少氧的条件下形成的一类高难度芳香难溶性固体物质。因其制备原料来源广，制备工艺相对简单，比表面积大、表面能高等较优的理化性质，现已被广泛用于吸附废水中重金属等污染物的研究。如玉米秸秆制备的生物炭对Cd²⁺吸附机理的研究；花生壳制备的生物炭对Pb²⁺的去除研究；此外还有核桃青皮、甘蔗渣、畜禽类粪便、活性污泥等原料制备的生物炭应用在对水体中重金属的吸附研究。

然而，单一的生物炭对重金属的吸附效果远不如与其他物质结合之后的复合材料的吸附效果。复合材料是将两种或两种以上不同性质的材料，利用物理、化学方法合成的具有新性能的材料，其综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。近年来，生物炭复合材料引起广大学者的研究兴趣，已有的研究中包括纳米零价铁、磁性氧化铁、碳纳米管、石墨烯、AlOOH、粘土、氧化镁等和生物炭的复合物，这些复合材料都具有良好的物理性能，并且可以高效去除水体中各种污染物。

锰氧化物作为改性材料制备的复合材料包括锰氧化物-活性炭材料、锰氧化物-树脂、锰氧化物-纳米材料及锰氧化物-生物炭等材料，但已有锰氧化物-生物炭的材料中，大多是通过把生物炭或者生物炭原料浸入含锰溶液后高温煅烧得到复合材料，这种复合方法很难控制锰氧化物在生物炭上的负载量，不能充分利用含锰溶液中的锰元素，会造成原料的浪费。如何优化锰氧化物-生物炭负载方式，节约经济成本，还需要进一步研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种重金属吸附容量大、吸附效率高、制备成本低的二氧化锰修饰的生物炭复合材料，还提供一种工艺简单、原料廉价、物料充分利用、生产成本低的二氧化锰修饰的生物炭复合材料的制备方法以及该二氧化锰修饰的生物炭复合材料在处理重金属废水中的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种二氧化锰修饰的生物炭复合材料，包括二氧化锰和生物炭；所述二氧化锰修饰的生物炭复合材料是通过高锰酸盐与二价锰盐中锰元素的归中反应将生成的二氧化锰负载到生物炭上制备而成。

作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种二氧化锰修饰的生物炭复合材料的制备方法，包括以下步骤：将二价锰盐加入到含生物炭和高锰酸盐的混合液中进行归中反应，得到二氧化锰修饰的生物炭复合材料。