[发明专利]一种多孔生物质炭基磷酸盐吸附剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及磷酸盐吸附技术领域，提供了一种多孔生物质炭基磷酸盐吸附剂及其制备方法和应用。本发明将氢氧化钙处理生物质黑液蒸干后进行煅烧，得到多孔生物质炭基磷酸盐吸附剂。本发明提供的制备方法简单，绿色环保，能够实现废弃污染物氢氧化钙处理生物质黑液的资源化利用；且所得多孔生物质炭基磷酸盐吸附剂吸附容量大、适用pH值范围广、吸附速率快、不易受溶液中其他阴离子的影响。实施例结果表明，本发明提供的多孔生物质炭基磷酸盐吸附剂对磷酸盐进行吸附，在磷初始浓度为2mg/L的情况下，2min内的磷去除率可以达到98.6％以上，且本发明吸附剂的最高磷酸盐吸附容量可以达到210.7mg/g。

技术领域

本发明涉及磷酸盐吸附技术领域，特别涉及一种多孔生物质炭基磷酸盐吸附剂及其制备方法和应用。

背景技术

磷是动植物生长和繁殖的关键营养素之一。然而，当水中的磷含量太高时，会产生大量有害的藻类，从而降低水质并增加水处理的成本。同时，这种类型的藻类可以产生大量的蓝藻毒素，增加健康风险并对邻近社区造成气味滋扰。各国对废水中的磷含量有严格的要求。中国的磷排放标准为0.5mg/L(GB18918-2002)，美国排放标准为50μg/L。因此，科学有效地控制废水中的磷含量是一个合理的环境管理的重要组成部分。此外，磷的储量在自然界中是有限的，随着世界人口的增加和人类对农产品的需求急剧增加，如果管理不善，地球上的磷资源可能会在一百年内面临枯竭。目前，如何在富磷水域中循环利用磷，实现生态系统中磷的良性循环，是生态环境领域的热点问题。

为了控制水环境中的磷含量，以满足日益严格的废水排放法规。许多物理、化学和生物处理方法(如化学沉淀、生物修复、结晶、离子交换等)已被研究并应用于废水中的磷吸附和控制。然而，现有的处理方法在实际应用中存在一定的局限性，如去除速度慢、选择性差、产生大量污泥、反应要求高、低磷浓度水处理效果差。吸附法因其操作简单、吸附效率高、反应要求低、成本低，被认为是一种高效的磷酸盐去除方法，特别适用于低磷浓度水。生物炭生产过程简单、绿色、环保，生物炭可以提高土壤肥力，改善土壤的物理和化学性质，作为一种磷吸附材料，具有很大的发展潜力。

秸秆是重要的木质纤维素生物质农业废弃物之一。它通常可以用作造纸或作为化学品的催化底物，如葡萄糖和乙酰丙酸等。然而，木质纤维素与纤维素、半纤维素交织在一起，呈现出坚固紧凑的三维网络状结构，使秸秆难以直接有效利用。因此，需要预处理来破坏木质纤维素结构。石灰(Ca(OH)₂)碱预处理方法可以从生物质中去除大部分乙酰基和约30％的木质素，预处理过程简单，成本低，对草本生物质特别有效，是一种被广泛接受和应用的预处理方法。通常，在用碱预处理木质纤维素后，固体部分回收并进一步处理。而含有碱、生物质成分(木质素，部分半纤维素)、可溶性盐离子等的废液则被废弃，这些废液部分统称为黑液。由于黑液具有pH值高、化学需氧量高且含有许多杂质，如果不能正确处理这些黑液，可能会造成许多环境问题。目前，回收黑液的研究主要集中在使用黑液作为燃料来源、电池材料或催化剂载体，目前关于利用黑液制备生物质基吸附剂的研究非常少。

发明内容

本发明目的在于提供一种多孔生物质炭基磷酸盐吸附剂及其制备方法和应用，本发明利用氢氧化钙处理生物质黑液制备多孔生物质炭基磷酸盐吸附剂，能够实现废弃污染物氢氧化钙处理生物质黑液的资源化利用，且所得吸附剂对磷酸盐的吸附效果好。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种多孔生物质炭基磷酸盐吸附剂的制备方法，包括以下步骤：

将氢氧化钙处理生物质黑液蒸干后进行煅烧，得到多孔生物质炭基磷酸盐吸附剂。

优选的，所述氢氧化钙处理生物质黑液由包括以下步骤的方法制备得到：

将生物质粉末、氢氧化钙和水混合后离心，收集上部黑色悬浮液，得到氢氧化钙处理生物质黑液。

优选的，所述生物质粉末、氢氧化钙和水的用量比为1g:1～1.5g:10～15mL；所述混合的时间为3～6h。