[发明专利]纳米锰氧化物改性生物质炭及制备方法和去除柠檬酸铜的方法

说明书

本发明公开了一种纳米锰氧化物改性生物质炭及制备方法，结合生物质炭和锰氧化物各自的优点，合成一种纳米锰氧化物改性生物质炭复合材料作为吸附剂，具有良好的稳定性和氧化性，对含有络合态重金属污染水体进行处理，低成本、高效、无二次污染。本发明还公开了采用纳米锰氧化物改性生物质炭去除柠檬酸铜的方法及机理研究。本发明提供的纳米锰氧化物改性生物质炭的制备方法包括：(11)纳米锰氧化物合成：将椰壳生物质炭加入到0.15M高锰酸钾溶液中，保持液固比为1/10，持续搅拌，过滤，干燥；冷却至室温后，用无水乙醇浸渍，再进行过滤，干燥；(12)碳化：将步骤(11)获得的材料置于管式炉中，空气气氛焙烧，再冷却至室温。

技术领域

本发明属于络合重金属处理领域，具体涉及一种纳米锰氧化物改性生物质炭及制备方法和去除柠檬酸铜的方法。

背景技术

水污染严重程度已经引起了世界范围的关注。重金属污染一般源于工业排出的废水，如采矿、冶金、电镀、制药、涂料等行业，造成多种重金属如铅、镉、汞，铜，铬等直接进入水体。同时，在金属矿开采过程中，残留在土壤中的重金属经雨水冲刷也会流入水体，造成水体污染。通过水体中悬浮物吸附的作用下，重金属从水体迁移至悬浮物表面并随之流动，当悬浮物负载量超过其运输能力时，重金属随悬浮物沉降蓄积在底泥中，此时水体中重金属浓度降低。如果水环境因素，如酸碱度、盐度、温度等条件发生改变时，蓄积在底泥中的重金属会重新被释放出来，进入水体，再进行迁移进而逐渐扩大了污染面积。这是一个循环的污染过程，给生态环境造成极大危害。重金属在环境中不可降解，长期留存，逐步积累，随食物链富集，对生物体危害深远。

无论何种原因引起的重金属污染都不可避免的危害到动植物和人类健康。所以如何高效处理各种形态的重金属污染已经成为了当务之急。国内外针对金属离子的去除进行了大量研究，提出了多种去除方法以及不同的去除材料。然而，重金属在水体中的形态不仅仅是以简单的离子态形式存在，在水生或土壤环境中超过90％的金属离子都以络合物形式存在。近年来，含有机配体的杀虫剂，肥料，洗涤剂，增塑剂，药物等大量的使用，使水体成分更加复杂，重金属离子很容易与有机物质如柠檬酸，乙二胺四乙酸(EDTA)，次氮基三乙酸(NTA)，氰化物，抗生素，腐殖酸(HA)等配体络合，形成具有不同结构和毒性的稳定金属络合物。络合态重金属因难降解性、宽pH范围内稳定存在、生物累积性和食物链放大等生态环境效应而备受关注。重金属污染已经危害到人类健康且使用现有技术将其去除是十分困难的。毫无疑问，络合重金属的处理已成为环境保护的关键问题。处理络合重金属面临的主要问题是如何有效消除有毒重金属污染以及如何安全处理络合剂。目前，电解法、化学沉淀法、膜分离技术远远不能满足络合态金属去除的要求。近年吸附法、类Fenton反应、光催化、光电催化以及多方法协同作用去除络合金属逐渐成为研究的重点。其中，吸附法因具有分离效率高、经济、操作简单等优点最为常见，吸附法最为主要的就是吸附材料，目前对吸附材料的研究十分广泛。近年来，生物质炭因具有来源广泛、结构丰富、生物兼容、易于合成等优点，已经广泛用于碳存储、土壤改性等方面，且在水体中处理中金属的研究也逐渐增多。自带多维孔道结构的生物质炭可以高效分离富集所需处理的金属离子。但由于络合金属大的分子结构和高的稳定性，只利用生物质炭对络合金属去除效果还是相对较差。锰氧化物类物质广泛存在于地壳中，是一种稳定的物质。常见的锰氧化物有二氧化锰、三氧化二锰、四氧化三锰，他们不仅仅具有良好的稳定性，而且还具有优异的氧化性，可以氧化部分大分子量有机质成其他低毒性的低分子量有机质甚至无毒的碳酸类物质。本发明的出发点是结合生物质炭和锰氧化物各自的优点，合成一种纳米锰氧化物改性生物质炭复合材料用于金属柠檬酸铜去除，难点在于难去除的络合态铜以及其去除机理分析。

发明内容

本发明公开了一种纳米锰氧化物改性生物质炭及制备方法，结合生物质炭和锰氧化物各自的优点，合成一种纳米锰氧化物改性生物质炭复合材料作为吸附剂，具有良好的稳定性和氧化性，能够对含有络合态重金属污染水体进行处理，低成本、高效、无二次污染，具有广泛的工业应用价值。

本发明还公开了采用纳米锰氧化物改性生物质炭去除柠檬酸铜的方法及机理研究。