[发明专利]一种基于镉吸附水热炭热解提质再生的生物炭及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种基于镉吸附水热炭热解提质再生的生物炭的制备方法，该方法包括：制备美人蕉粉末；将美人蕉粉末与去离子水混合后，进行水热碳化，得到水热炭；将水热炭置于重金属镉溶液中进行吸附，收集吸附重金属镉后的水热炭，得到吸附了镉的水热炭；将吸附镉的水热炭置于氮气氛围下，在700～900℃下热解，去除吸附了镉的水热炭中吸附的镉，并收集热解后的热解炭，得到基于镉吸附水热炭热解提质再生的生物炭。本发明利用水体修复植物美人蕉制备水热炭用于重金属镉吸附后，再经过热处理去除吸附了镉的水热炭中的镉，制得的再生生物炭具有更高的镉吸附能力。

技术领域

本发明涉及固体废弃物资源化利用与环境保护技术领域，尤其涉及一种基于镉吸附水热炭热解提质再生的生物炭及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，随着有色金属冶炼、电镀等工业的发展，越来越多的水资源受到重金属离子的污染。在众多重金属中，镉不仅是公认的剧毒物质，而且是污染物排放标准中 严格控制的第一类有害物质。环境中的镉会经消化道、呼吸道和皮肤进入人体内，然 后在体内形成镉硫蛋白，通过血液循环到达全身，并有选择地在肾、肝中进行积累， 危害人体健康。因此，镉污染处理备受人们关注。

目前，从污水中去除重金属镉的技术有吸附、化学沉淀、膜分离、反渗透和离子 交换等。其中吸附技术由于其操作简便、投资费用少等优点被人们广泛用于处理含有 重金属污染的废水。水热炭因为具有较多的含氧官能团和可观的比表面积，近几年常 被人们用来作为去除重金属镉的典型的吸附剂之一。美人蕉水热炭作为水热炭的一 种，由于其原料来源广泛、成本费用低等优点被作为一种非常有前景的吸附材料而备 受关注。美人蕉水热炭用于吸附重金属镉后就会因富含重金属而变成了固体废弃物， 如果对其处理不当会引起二次污染，但目前对于其无害化处理和资源化利用的研究几 乎没有。

发明内容

本发明提供了一种基于镉吸附水热炭热解提质再生的生物炭及其制备方法和应用，该基于镉吸附水热炭热解提质再生的生物炭相比再生前的水热炭具有更高的镉吸 附能力。

具体技术方案如下：

一种基于镉吸附水热炭热解提质再生的生物炭的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备美人蕉粉末；

(2)将美人蕉粉末与去离子水混合后，进行水热碳化，得到水热炭；

(3)将水热炭置于重金属镉溶液中进行吸附，收集吸附重金属镉后的水热炭，得到吸附了镉的水热炭；

(4)将吸附了镉的水热炭置于氮气氛围下，在700～900℃下热解，去除吸附了镉的水热炭中吸附的镉，并收集热解后的热解炭，得到基于镉吸附水热炭热解提质再生 的生物炭。

美人蕉的水热碳化是指利用美人蕉生物质在水的亚临界状态或超临界状态下在无 氧和高压的条件下受热分解成水热炭，热解是指物质在无氧的高温条件下受热分解过程。水热炭和热解炭分别是水热碳化和热解的产物，水热炭和热解炭的产率以及它们 对重金属镉的吸附能力对操作的要求比较严格，在特定的条件下更优。

作为优选，步骤(1)中，所述美人蕉粉末的制备方法为：取收获后的美人蕉植株，除杂后洗净风干，并依次进行烘干、粉碎和过筛，得到美人蕉粉末。美人蕉烘干过程 中合适的温度与时间，是决定生物质粉碎效果及水热反应效果的影响因素；故作为优 选，所述烘干的温度为65～105℃，时间为23～24h。

作为优选，步骤(1)中的美人蕉风干后含水率要低于20％。

美人蕉粉碎后的粒径与水热碳化的程度有关，粒径太大可能会造成美人蕉水热碳化不完全。作为优选，步骤(1)中粉碎后的美人蕉过40目筛。

步骤(2)中美人蕉与去离子水的质量比，对水热炭产率以及水热炭对重金属镉的吸附性能有一定的关系。作为优选，步骤(2)中，所述美人蕉粉末与去离子水的混合 比例为1:8～1:12。