[发明专利]一种同步固载镉和砷的铁改性蛋壳生物炭制备工艺及应用

说明书

本发明涉及一种同步固载镉和砷的铁改性蛋壳生物炭制备工艺，包括：1)蛋壳烘干研磨处理；2)鸡蛋壳粉末与0.4‑1.2mol/L FeSO₄溶液混合改性处理；3)热解和冷却到室温；4)在70‑90℃下烘干48h，得到成品。将本方法应用于水稻土壤污染治理中，该铁改性蛋壳生物炭不需额外添加碳酸钙来保持生物炭对镉的吸附固载能力，同时具有磁性，可以通过磁力有效地将吸附的污染物分离去除，在碱性环境下对镉砷的吸附容量能达50mg/g以上，提供了一种能同时具备吸附Cd和As能力并实现其从污染土壤/水体中有效移除的吸附材料，具有重要的研发和应用意义。

技术领域

本发明属于环境保护领域，涉及土壤污染治理技术，尤其是一种同步固载镉和砷的铁改性蛋壳生物炭制备工艺及应用。

背景技术

据文献记载，我国耕地土壤点位超标率达19.4％，其中在8种无机污染物中，镉污染的点位超标率最高，砷污染排名第三，两者点位超标率分别达到7.0％和2.7％。镉和砷均具有极强的生物毒性。研究显示，土壤中的重金属通过大气沉降、畜禽粪便、化肥等途径进入土壤，造成土壤中重金属累积并超标；另一方面，相当数量的镉和砷也通过各种途径(如矿山开采过程中尾矿库以及涉及重金属镉和砷的化工、制革、造纸等行业污染废水排放或泄漏等)进入地下水之中，使地下水镉和砷污染加剧。

生物炭是生物质在厌氧或限氧条件下经低温热裂解后生成的一类含碳丰富、高度芳香化的多孔碳质固体材料。由于生物炭具有多孔结构、高比表面积、丰富的官能团，因此可以固载土壤中的许多污染物，从而有效降低这些污染物在土壤中的生物有效性，使其成为土壤污染修复领域的研究热点。蛋壳的碳酸钙含量高(约为95-98％)，可以作为其他石灰材料的替代品，用于废水和土壤中重金属的固定，对蛋壳进行回收或再利用可以减少其对环境的污染。

镉和砷的化学行为相反，治理镉污染土壤的方法与材料通常不适于砷污染的治理，生物炭能有效地固定镉，却能通过还原砷来增加砷的移动性和有效性，与此同时，针对土壤重金属污染，目前的土壤污染修复材料以钝化重金属为主，并不能将重金属从土壤中移除。因此，基于蛋壳研发一种能同时具备吸附镉和砷能力，并从污染土壤/水体有效移除的吸附材料具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种同步固载镉和砷的铁改性蛋壳生物炭制备工艺及应用，该铁改性生物炭材料成本低，制备流程简单，镉砷同步固载效果好，尤其在碱性环境下用于土壤修复，可增加土壤肥力，促进作物生长，提升作物产量，同时可通过磁力回收利用，在水体中可自然沉淀分离。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种同步固载镉和砷的铁改性蛋壳生物炭制备工艺，具体工艺步骤如下：

1)将鸡蛋壳用去离子水清洗干净，在50-90℃下烘24小时，研磨，过50-100目筛备用；

2)将步骤1)研磨处理后的鸡蛋壳粉末与0.4-1.2mol/L FeSO₄溶液混合，固液比为0.05-2:2-8，用磁力搅拌器充分搅拌12h，在70℃下烘48小时，备用；

3)将上述含铁鸡蛋壳样品放入马弗炉中炭化，以10℃/min的速率升温至450℃-650℃，热解1-2小时，待冷却到室温后取出；

4)将上述样品取出后过50-100目筛，洗涤至pH无明显变化，在70-90℃下烘干48h，得到成品。

而且，步骤2)中FeSO₄溶液的浓度为0.8mol/L。

而且，步骤2)中鸡蛋壳粉末与FeSO₄溶液混合固液比为1:5。

而且，步骤3)中热解和冷却到室温过程在厌氧或限氧环境中进行。

而且，厌氧条件下，向马弗炉中以300cm³/min的速率通入氮气。