[发明专利]一种利用咖啡渣制备的生物炭吸附重金属Cr(Ⅵ)的方法

说明书

技术领域

本发明属于生活废弃物处理以及生物技术领域，具体涉及一种利用咖啡渣制备的生物炭吸附重金属Cr(Ⅵ)的方法。

背景技术

随铬被广泛应用于电镀、皮革等工业领域，已被纳入美国EPA公认的129种重点污染物之一。水体中的铬主要是以Cr(III)和Cr(VI)两种价态存在，两者在毒性、移动性和生物有效性上存在明显差异，其中Cr(VI)以CrO₄^2-和Cr₂O₇^2-形式存在，有毒且可溶，易迁移，且毒性为Cr(III)的100倍。接触Cr(VI)的化合物容易对人体造成毒性危害，如皮炎、过敏、甚至可引发癌症。

目前水体铬污染治理的吸附法鉴于其成本低、操作简单，被认为是一种有效实用的铬去除方法，而选择廉价且具高效吸附效能的材料是此方法应用于实践的关键所在。生物炭具有多孔性，较大的比表面积和较强的表面吸附能力，由于其表面高度芳香化结构和部分羟基、酚羟基、羰基等官能团对有机和无机污染物具有高度的亲和力，目前已被当成良好的吸附材料，因而成为了国内外环境研究领域关注的新热点。生物炭是指生物质在低氧条件下燃烧，生成多孔结构、低密度的具碳丰富的材料。

发明内容

为了处理和利用废弃物资源及其减少其他方式治理重金属的成本，本发明的目的在于提供一种利用咖啡渣制备的生物炭吸附重金属Cr(Ⅵ)的方法。咖啡渣生物炭的吸附成本远低于其他吸附剂的成本，并且在废弃物回收利用上变废为宝，具有较大优势。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种利用咖啡渣制备的生物炭吸附重金属Cr(Ⅵ)的方法，该方法是将生活废弃物咖啡渣在限氧控温条件制备成生物炭，然后将生物炭置于水体中吸附Cr(Ⅵ)。

所述生物炭通过以下步骤制备：咖啡渣自然风干后，放入马弗炉，先通入惰性气体10min驱赶氧气，然后于300～700℃缺氧条件下炭化2h制得生物炭。

所述水体中Cr(Ⅵ)浓度为2-80mg/L，优选为20mg/L；水体pH值为2.5-6.5，优选为5.5。

所述吸附时间为0.1-24h。

上述方法将生活废弃物咖啡渣制备成生物炭的同时处理和利用了废物。

上述生物炭吸附水体中的Cr(Ⅵ)，本发明通过以下吸附实验进一步验证：

(1)不同初始浓度的Cr(Ⅵ)对生物炭吸附铬的影响：通过计算去除率，并筛选出在理想状态下咖啡渣生物炭在什么范围的初始浓度下吸附铬效果最佳。

(2)基于步骤(1)实验进行第二步设计不同pH条件下生物炭对溶液铬的去除效果实验，根据去除率筛选出去除效果最佳的生物炭。

(3)基于步骤(2)实验进行第二步设计不同时间条件下生物炭对溶液铬的去除效果实验，根据去除率筛选出去除效果最佳的生物炭。

(4)基于步骤(1)、(2)、(3)实验上筛选出不同温度制备下吸附铬含量最佳的生物炭并研究其吸附结构，通过扫描电镜SEM(荷兰FEI公司)观察样品形状和表面特征，电压为20KV。

(5)基于步骤(4)实验上，为了更清楚地了解生物炭的理化性质及降低其制备成本，通过测定产率、灰分和pH。

本发明采用限氧控温制备生物炭并筛选出吸附重金属效果好的咖啡渣生物炭，见于目前生活废弃物咖啡渣普遍存在，比如星巴克、太平洋咖啡馆等，为了废弃物更好的合理回收，可在控温条件下制备成生物炭进行资源二次利用。作用原理：利用生物炭具有多孔性，较大的比表面积，较强的表面吸附能力，其表面高度芳香化结构和部分羟基、酚羟基、羰基等官能团，对有机和无机污染物具有高度的亲和力等特性，可直接吸附水体中重金属，降低其毒害作用。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

(1)废弃物资源回收利用；

(2)低温制备咖啡渣生物炭成本低廉；

(3)利用生物炭吸附特性可净化水体污染效果。

附图说明

图1为自然风干的咖啡渣的SEM图。

图2为300℃缺氧条件下制备的生物炭的SEM图。

图3为500℃缺氧条件下制备的生物炭的SEM图。

图4为700℃缺氧条件下制备的生物炭的SEM图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：生物炭制备