[发明专利]一种高效吸附重金属离子Cd2+的溶解性有机质浸渍生物炭及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种高效吸附重金属离子Cd²⁺的溶解性有机质浸渍生物炭及其制备方法和应用。该溶解性有机质浸渍生物炭由溶解性有机质通过π‑π相互作用、极性相互作用、氢键和孔填充机制负载在生物炭表面制得的。本发明制备的DOM浸渍生物炭是一种低成本、高效率处理含Cd²⁺废水的环境友好型吸附剂，对Cd²⁺离子的吸附能力显著优于其他方法改性的生物炭和未改性生物炭；对水溶液中Cd²⁺的吸附量比未浸渍生物炭提高51.1％以上。同时本发明制备方法简单，不需要添加其他化学物质或有机溶剂，制备过程环境友好，且不需要复杂的化学反应、特殊设备和严酷反应条件，因此易于工业化生产。

技术领域

本发明涉及可吸附生物炭，具体涉及一种高效吸附重金属离子Cd²⁺的溶解性有机质浸渍生物炭制备方法及应用。

背景技术

生物炭是由生物质在缺氧或无氧条件下热解(低于700℃)形成的富含碳的有机物质。许多生物质包括农林废弃物、粪便物质和污泥等都可以用来制备生物炭。当前，生物炭在固碳、土壤养分保持、农作物增产、退化土壤修复、污染土壤和沉积物治理以及水体污染修复领域都具有极高的应用前景。由于生物炭生产成本低廉，且对有机污染物和重金属离子都具有良好的吸附能力，它被认为是一种可广泛应用于环境治理和农业生产的新型环保材料[王震宇，刘国成，Monica Xing，李锋民，郑浩，不同热解温度生物炭对Cd²⁺的吸附特性，环境科学，2014， 35(12)，4735-4744]。已有研究发现，生物炭对重金属Cd²⁺的吸附能力远高于商用活性炭[M.Sánchez-Polo and J.Rivera-Utrilla,Adsorbent-adsorbateinteractions in the adsorption of Cd(II)and Hg(II)on ozonized activatedcarbons,Environmental Science&Technology,2002,36(17),3850-3854；MinoriUchimiya,Isabel M.Lima, K.Thomas Klasson,SeChin Chang,Lynda H.Wartelle,JamesE.Rodgers, Immobilization of Heavy Metal Ions(Cu^II,Cd^II,Ni^II,and Pb^II)by BroilerLitter-Derived Biochars in Water and Soil,Journal of Agricultural&FoodChemistry, 2010,58(9),5538-5544；刘莹莹,秦海芝,李恋卿,潘根兴,张旭辉,郑金伟,韩晓君,俞欣研,不同作物原料热裂解生物质炭对溶液中Cd²⁺和Pb²⁺的吸附特性, 生态环境学报,2012,21(1):146-152]。然而，生物炭原料来源、组成差异性很大，表面官能团种类和性质有限、pH值偏高，以及不同环境污染物的性质差异，都使生物炭在污染环境修复方面的应用受到很大的局限。此外，含较多矿物质的生物质原料和较高的热解温度通常降低生物炭的比表面积和孔结构，减少生物炭表面活性官能团数量，从而不利于对污染物的吸附。因此，为了提高生物炭的吸附能力，有必要对生物炭进行表面改性。