[发明专利]一种铁基-羧基改性生物炭及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及有色冶炼场地重金属污染修复技术领域，具体涉及一种铁基‑羧基改性生物炭及其制备方法与应用。所述制备方法具体包括：将生物质原料预处理后进行热解获得生物炭；将生物碳与过氧化氢溶液以固液比为1:10‑20比例混合，搅拌反应后过滤取滤渣，并烘干获得改性生物炭；将高铁赤泥与硫酸溶液以固液比为1‑3:1‑2比例混合，反应后离心过滤取滤液，获得铁基浸渍液；将改性生物碳加入至铁基浸渍液中进行超声浸渍后，过滤取滤渣，经清洗、烘干获得铁基‑羧基改性生物炭复合材料。该制备方法过程简单，条件温和，且获得的改性复合材料能有效降低锑冶炼场地锑、镉等重金属生物有效性，改善场地土壤适生性能。

技术领域

本发明涉及有色冶炼场地重金属污染修复技术领域，具体涉及一种铁基-羧基改性生物炭及其制备方法与应用。

背景技术

锑冶炼过程产生大量的含锑废物，并在不同环境介质中迁移，极易造成土壤和水体污染，威胁人类健康。近年来，在世界各地各环境介质中均发现锑含量超出相应环境标准。锑冶炼场地由于冶炼过程和大气沉降等，场地土壤锑等重金属超标严重，引起研究者的高度关注。

锑冶炼场地中锑主要以五价锑(Sb(OH)₆^-)的形态存在，几乎占总锑量的90％以上。五价锑是一种氧阴离子，土壤体系中pH越高，土壤中锑迁移性越强。生物炭因其价廉易得，环境友好，比表面积大，对土壤铅、镉等阳离子重金属具有较好的吸附和钝化效果。但当前常用的生物炭一般呈碱性，对锑作用并不明显，甚至可能增加其在土壤中的活性和迁移能力，从而造成土壤锑污染。此外，锑冶炼场地土壤重金属种类多，污染程度差异大，生物炭材料由于吸附位点不足对重金属固定能力有限，不利于其在有色金属冶炼场地土壤重金属修复的应用；赤泥是一种典型的大宗工业固体废弃物，其资源化利用成为当前研究的热点和难点。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明基于锑冶炼场地不同类型重金属对相应基团的吸附钝化选择性，通过生物质、赤泥等工农业固体废弃物研发一种铁基-羧基改性生物炭复合材料，以实现锑冶炼场地多金属的同步钝化。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种铁基-羧基改性生物炭的制备方法，所述制备方法具体包括：

S1：将生物质原料预处理后进行热解获得生物炭；所述生物质原料为桦木、山核桃壳、松针及醋渣中的一种或多种；

S2：将所述生物碳与过氧化氢溶液以固液比为1:10-20比例混合，搅拌反应后过滤取滤渣，并烘干获得改性生物炭；

S3：将高铁赤泥与硫酸溶液以固液比为1-3:1-2比例混合，反应后离心过滤取滤液，获得铁基浸渍液；

S4：将所述改性生物碳加入至所述铁基浸渍液中进行超声浸渍后，过滤取滤渣，经清洗、烘干获得铁基-羧基改性生物炭复合材料。

进一步的，所述将生物质原料预处理后进行热解获得生物炭步骤具体包括：

将生物质原料进行粉碎、清洗和烘干获得干燥生物质原料；

将所述干燥生物质原料置于惰性气氛中热解2-4h，热解温度为200-600℃，热解结束后通入惰性气体进行冷却至室温，清洗后在60℃条件下烘干12-24h，得到生物炭。

进一步的，所述步骤S2中具体工艺参数为：

所述过氧化氢溶液浓度为25-35％；

所述搅拌反应的温度为40-60℃，反应时间为6-12h。

进一步的，所述高铁赤泥中铁、铝氧化物含量分别为30-50％和15-25％，所述硫酸溶液浓度为1-3mol/L。

进一步的，所述改性生物碳和铁基浸渍液的固液比为1:20-60，所述超声浸渍的时间为40-60min。