[发明专利]对砷镉复合污染修复的磁性生物炭吸附材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种对砷镉复合污染修复的磁性生物炭吸附材料的制备方法，包括如下步骤：1)、将植物秸秆干燥、粉碎，作为生物质；2)、按照三价铁与二价铁的摩尔比为1.8～2.2:1，将二价铁化合物和三价铁化合物溶于水中，得铁盐溶液；先将铁盐溶液的pH值调节至11～12，然后加入步骤1)所得的生物质，接着于60±10℃搅拌2±0.5小时，最后于密封条件下静置22～26小时；所述生物质与铁盐溶液的固液重量比为4.5～5.5％；3)、将步骤2)所得物中的固态物干燥后，加入占干燥后固态物重量0.8～1.2％的碳酸钙粉末，惰性气体氛围下于400±50℃热解2±0.5小时，得到磁性生物炭材料。

技术领域

本发明涉及环保领域，特别是对砷镉复合污染修复的磁性生物炭吸附材料的制备方法。

背景技术

工业农业现代化的急速发展，造成严重的水体重金属污染。重金属具有难降解、难挥发的特性，并可以通过食物链的富集作用，最终威胁到人类生命。在污染环境的诸多重金属中，镉(Cd)在生物体内的蓄积性及毒性较强。无机的As(III)和As(V)是水中砷的主要存在形态，其中无机态砷(III)毒性最大，长期接触砷会导致皮肤癌、肺癌等严重疾病。因此，找到一个修复能力强、效果稳定、环境友好的修复材料成为环保工作者的迫切任务。

目前，对砷、镉污染的修复包括去除和氧化两种类型，其中吸附法由于成本低、操作简单、可原位修复且去除效果好，已成为有效实用的除砷方法。将农林废弃物及其改性产品作为处理废水的吸附剂，已经引起了环境领域的广泛关注。其中，生物炭(Biochar)作为一种环境友好的、低成本的、具有优异的表面特性的炭基材料，由于其精密的孔隙结构和独特的表面化学性质，且廉价易加工，被广泛应用于重金属污染的修复治理中。生物炭一般是指农作物(秸秆类)等植物材料在缺氧或绝氧的条件下，低于700℃条件下热解产生的一类具有大孔隙率和比表面积的炭材料。然而，由于生物炭表面一般带负电，对阴离子形式存在的污染物质(如砷)吸附能力普遍较差，难以有效地同时降低镉砷符合污染。且生物炭难以回收，从而易造成二次污染。

将具有磁性并能有效地吸附As的磁性介质附着在生物炭上，可以制备出一种对砷镉均具有良好吸附去除效果，又能通过磁分离技术实现快速有效分离的改性生物炭吸附材料。铁酸盐材料可以符合上述要求，然而目前制备的磁性材料，大多都是通过化学沉淀，将磁性介质附着在已商品化或成品化的材料上，成本高，磁性介质附着不稳定。

Zhantao Han等，在2015年选取了由Norit和Calgon两家公司制备的商业活性炭和两种由Romchar和Oxford Biochar Ltd公司制备的两种商业生物炭，采用七水合硫酸亚铁以及六水合氯化铁共沉淀的方法，制备了磁性生物炭和磁性活性炭；其具体制备步骤如下：

1.在400mL烧杯中称取2.5g研磨后的生物炭或活性炭，1.83g FeSO₄·7H₂O和3.33gFeCl₃·6H₂O。

2.添加100mL去离子水(溶液pH大约是1.5)。

3.磁力搅拌，同时使用电炉加热至65℃。

4.停止加热，继续搅拌使混合液体冷却至40℃以下。

5.使用5mol/L NaOH溶液调节溶液pH至10-11，使得氢氧化铁沉淀，继续搅拌一小时。

6.用保鲜膜覆盖，保存过夜。

7.用移液管移出上清液，用蒸馏水清洗，过滤。

8.使用乙醇清洗。

9.乙醇干燥后，将炭/氢氧化铁混合物移至铝中80℃干燥4小时。

10.洗至烧杯中，再使用磁铁手机磁性生物炭/活性炭颗粒。

11.80℃干燥。