[发明专利]一种氮磷改性荷叶生物炭的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种氮磷改性荷叶生物炭的制备方法及其应用。本发明的制备方法包括荷叶的清洗晾干及粉碎过筛，荷叶粉末的磷酸氢二铵溶液超声处理，改性荷叶粉末的热解炭化等步骤。本发明所得材料，能够使得荷叶生物炭具有更多的吸附位点，增强了荷叶生物炭吸附性能，实现农林废弃物的回收利用同时，还能在重金属环境污染中发挥高效治理的作用，且处理成本低，并对环境友好，不会带来二次污染。

技术领域

本发明涉及环境功能材料，涉及一种氮磷改性荷叶生物炭的制备方法及其应用。

背景技术

重金属污染是环境污染的一种，由于其毒性，不可生物降解的性质以及在自然和人为改变的环境中的广泛存在，对环境和人类构成严重威胁，人们对于重金属的污染越发关注。重金属一般广泛存在于自然界中，但由于人类对重金属的开采、冶炼、加工及商业制造活动日益增多，造成不少重金属如铅、汞、镉、钴等进入大气、水、土壤中，引起严重的环境污染。以各种化学状态或化学形态存在的重金属，在进入环境或生态系统后就会存留、积累和迁移，造成危害。现已有各种技术用于重金属的处理，其中包括沉淀，离子交换，吸附，膜过滤，反渗透，蒸发回收，混凝，溶剂萃取，还原电解等。其中，吸附作为一种操作简单，成本低廉，且处理效率较高的技术在实际废水治理中已有应用。

生物炭是生物质在缺氧条件下经热解碳化产生的一种高度芳香化难容的固态物质，广义上属于黑炭的一种。生物炭含有大量的芳香结构的微孔和纳米孔，使其对于重金属或者其他的污染物具有较强的吸附能力。然而，生物炭的性质受其原材料和热解条件的影响很大，未经改性或者功能化修饰的生物炭具有的吸附位点很有限，从而限制了其在实际废水处理中的应用。因此，对生物炭进行有效的改性，从而获得较好的应用，具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种成本低、去除效果好的可用于吸附处理重金属污染物的氮磷改性荷叶生物炭的制备方法及其应用。

本发明的技术方案为：

一种氮磷改性荷叶生物炭的制备方法，经磷酸氢二铵和超声对生物炭进行功能化处理，从而将丰富磷酸基团、羟基基团和氨基基团组装在生物炭表面，这些基团能与金属离子形成稳定的螯合物，同时还明显提高生物炭的比表面积，增加生物炭表面的吸附位点数量，提高生物炭对重金属的去除能力，具体包括如下步骤：

（1）将生物质原材料荷叶用去离子水清洗，烘干后将荷叶置于粉碎机中粉碎并过筛；

（2）配制磷酸氢二铵溶液；

（3）按1:15~25的固液质量比，称取步骤（1）所得荷叶粉末加入至步骤（2）所得溶液中超声3~5小时，然后烘干并研磨，得到改性荷叶粉末；

（4）将步骤（3）所得改性荷叶粉末放入管式炉中进行缺氧条件下的热解烧制，烧制完成后冷却至室温后取出；

（5）将取出的炭用超纯水洗涤若干次直至洗液pH值不发生变化，再次烘干，得到氮磷改性的荷叶生物炭。

进一步地，步骤（1）中，烘干温度为70~110℃，烘干时间为18~30小时。

进一步地，步骤（1）中，过筛选用100~300目的筛子。

进一步地，步骤（2）中，磷酸氢二铵溶液通过称取磷酸氢二铵于容量瓶加入超纯水定容至刻度得到，磷酸氢二铵溶液的浓度为0.3~1 mol/L。

进一步地，步骤（4）中，热解温度为400~600℃，热解过程中保持管式炉石英管的密封性，同时以30~60mL/min的气流流速通入N₂，确保整个过程石英管中的缺氧条件，管式炉的升温程序：从室温加热至400~600℃，升温速率为5~10℃/min，并保持400~600℃条件持续热解0.8~1.2小时，然后开始自然降至室温，在整个过程中要源源不断的通入N₂并且要保持N₂的流速不变。