[发明专利]负载氯磷灰石的生物炭复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于污染底泥中重金属处理的物理化学领域，涉及一种生物炭复合材料及其制备方法，具体涉及一种负载氯磷灰石的生物炭复合材料及其制备方法。

背景技术

随着社会和经济的发展，我国的环境污染问题日益严重，直接威胁到人类的健康和生存。从采矿业、冶金、表面处理以及重工业排放至环境中的重金属铅，镉，砷等对生物体具有严重的毒害作用，甚至能够直接导致生物的死亡。因此如何解决重金属污染问题成为人们关注的焦点。现有治理重金属污染的常规方法包括化学稳定技术、生物修复技术以及异位填埋。最近研究比较集中，发展也较迅速的治理措施主要是化学稳定技术。化学稳定技术主要是利用一些活性物质，如生物炭，沸石，磷酸盐，有机物料等，通过化学沉淀或者吸附作用改变重金属的赋存形态从而降低其在环境中的生物可利用性和生物毒性，达到稳定重金属和修复污染底泥的目的。

现有研究表明以生物炭作为土壤修复剂能够在一定程度上改良土壤性能，而且通过改变土壤的理化性质或直接利用生物炭的吸附作用能够改变重金属的赋存形态，减少重金属的生物毒性，从而达到修复重金属污染土壤的目的，但是在这一过程中，由于生物炭本身无法直接与重金属发生化学反应生成稳定的重金属化合物，且生物炭的吸附作用不足以固定重金属，所以利用生物炭稳定土壤中的重金属不具有长期效应，无法对土壤中重金属的长期稳定。实际上，经生物炭处理后，土壤中的重金属很可能随着外界环境条件的改变而重新活化，并重新进入到土壤中，从而继续威胁人类的健康和生存。虽然氯磷灰石能够与重金属发生化学反应生成重金属化合物，但是由于氯磷灰石容易团聚且易沉淀，导致其反应性和迁移性降低，因而对重金属的稳定效果差。由于氯磷灰石存在溶解度有限、颗粒大、自然条件下无法迁移等缺点，因而在实际应用中受到了一定的限制。现有研究中，以表面活性剂(如十二烷基硫酸钠和鼠李糖脂)为改性材料，通过对氯磷灰石进行改性能够在一定程度上解决氯磷灰石易团聚的问题，能够将底泥中的重金属由不稳定的形态转化成稳定的残渣态，但是上述的改性氯磷灰石材料在实际的应用过程中仍然存在以下问题：(1)重金属不稳定的形态所占比例仍然较高，即稳定的残渣态所占比例需进一步提高；(2)对底泥中的微生物具有一定的毒害作用，甚至会杀死微生物，即影响底泥中的微生物生态环境。另外，由于生物炭和氯磷灰石都属于固体粉末材料，现有传统的制备方法很难将二者直接有效的结合在一起，如存在附着物量少、附着物集中、无法附着到材料内部结构中以及附着稳定性差等问题，从而限制了材料的实际应用。因此，获得一种对重金属稳定效果好的环境友好型复合材料及其制备方法对于治理重金属污染具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种对重金属稳定效果好、环境友好型的负载氯磷灰石的生物炭复合材料，同时还提供了一种制备成本低、操作简单的负载氯磷灰石的生物炭复合材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种负载氯磷灰石的生物炭复合材料，所述负载氯磷灰石的生物炭复合材料包括生物炭和氯磷灰石；所述氯磷灰石负载在所述生物炭上。

上述的负载氯磷灰石的生物炭复合材料中，优选的，所述氯磷灰石附着在所述生物炭的表面及内部孔隙结构中。

上述的负载氯磷灰石的生物炭复合材料中，优选的，所述负载氯磷灰石的生物炭复合材料中所述生物炭与所述氯磷灰石的质量比为2～3∶1；所述负载氯磷灰石的生物炭复合材料的比表面积为305m²/g～342m²/g。

作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种上述的负载氯磷灰石的生物炭复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将竹屑粉末与氯磷灰石悬浮液混合，搅拌，离心，去除上清液，得到混合物；

S2、将步骤S1中的混合物进行煅烧，研磨，得到负载氯磷灰石的生物炭复合材料。

上述的制备方法中，优选的，所述步骤S1中，所述搅拌的速度为1000r/min～1200r/min；所述搅拌的时间为23h～25h；所述离心的速度为4500r/min～5000r/min；所述离心的时间为20min～25min；

和/或，所述步骤S2中，所述煅烧的温度为595℃～605℃；所述煅烧的时间为2h～2.5h。

上述的制备方法中，优选的，所述氯磷灰石悬浮液的制备包括以下步骤：

(1)将CaCl₂溶液逐滴加入到超纯水中，搅拌，得到混合溶液；