[发明专利]一种菹草生物炭的制备方法、菹草生物炭及其应用

说明书

本发明公开了一种菹草生物炭的制备方法、菹草生物炭及其应用，包括：将菹草经碱性溶液处理后得到中性菹草；将中性菹草与活化剂混合，将经活化后的中性菹草进行炭化处理，反应结束后清洗烘干即得到菹草生物炭。基于菹草具备的去污和净化水质的特性，将经碱性溶液处理后的中性菹草依次经活化、炭化处理后，制备菹草生物炭，菹草生物炭表面布满布满大小不一、形状不规则的孔隙结构且孔隙结构内壁具有更多的细小的小孔，表明菹草生物炭具备良好的吸附性能。

技术领域

本发明涉及环境工程技术领域，特别是涉及一种菹草生物炭的制备方法、菹草生物炭及其应用。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

近年来，随着消费规模的升级以及环境检测技术发展，药品和个人护理产品类物质(PPCPs)在水环境中检出率及检出含量有着显著提高。PPCPs类物质种类繁多，包括抗生素类等众多药物，化妆品成分和其他日用化学品成分，这些化合物在生产、使用、处理过程中会不可避免的进入环境中，使其环境暴露量显著增加，而其带来生态安全风险已经成为世界范围内关注的热点问题。

以布洛芬为例，布洛芬是非甾体抗炎药，用于缓解轻至中度疼痛，如头疼、关节疼、神经痛、痛经等，也用于普通感冒或者流行性感冒引起的发热。在生产生活中被广泛应用，同时布洛芬的人体代谢分解率较低，高达80-90％的初始量或其代谢物被排泄并转移到外部环境，与常见污染物相比，这种污染物具有生物毒性或生物抑制性，分子结构复杂，具有独特的生物化学性质以及生物积累特性，研究发现此类污染物可以导致鱼类的肾脏组织坏死，影响藻类和浮萍的生长，增强微生物对抗生素的耐药性等，因此如何有效地去除以布洛芬为代表的化合物成为环境修复及水污染处理领域关注的焦点。

含有布洛芬类药物的污水因含有很多难降解的生物毒性物质对水体环境和人类的生活、生存产生严重的影响。目前，污水处理领域普遍应用的生物处理技术包括活性污泥法、生物吸附法、需氧和厌氧生物处理法以及生物膜法等，生物炭的物理吸附性能取决于生物炭对溶质分子大小的适合度、亲和度、以及自身的比表面积和孔径结构等，化学吸附性能取决于表面官能团的种类和数量。生物炭的表面具有许多大小不一致的孔径，这些孔径结构不仅增加生物炭的比表面积也是生物炭吸附污染物的关键所在。目前，生物炭作为一种在净水去污方面表现优良的吸附剂得到广泛开发与应用。

随着生物炭的不断改进和大量生物炭投入使用进行生活用水以及饮用水的深度净化，生物炭材料在环境方面具有一定的环境修复能力，可作为土壤修复剂改善土壤，如改善土壤肥力、减少土壤营养流失、提高农作物产量、增加污染物吸附、减少CO₂释放等；同时由于生物炭中自由基的毒性，生物炭也存在会对植物产生潜在毒性的影响。在生物炭的生态安全问题上，根据现有研究，生物炭与多种有机体之间存在相互作用，例如引起土壤微生物多样性及相关丰度变化发生变化，但其影响作用也根据不同的生物炭材料而有所不同。

菹草是湿地生态系统中优势沉水植物物种，具有良好的去污和净化水质效果，且生长迅速，具有丰富的生物量，为其资源化利用提供保障；且生长迅速产量巨大，在菹草渡过生长期后，对其加工和综合利用却相对滞后，同样具有对环境产生污染的隐患，也是对生物资源的浪费。利用菹草制备生物炭材料是一种新型的吸附剂，并且具有环保、低成本、吸附效率高等优点，而目前相关研究中并未有利用菹草制备生物炭的相关技术。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种菹草生物炭的制备方法、菹草生物炭及其应用，基于菹草具备的去污和净化水质的特性，将经碱性溶液处理后的中性菹草依次经活化、炭化处理后，制备菹草生物炭，菹草生物炭表面布满布满大小不一、形状不规则的孔隙结构且孔隙结构内壁具有更多的细小的小孔，表明菹草生物炭具备良好的吸附性能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种菹草生物炭的制备方法，包括：