[发明专利]一种铝铁双金属改性生物炭除磷材料及其制备方法

说明书

本申请公开了一种铝铁双金属改性生物炭除磷材料及其制备方法，以颗粒状生物炭为原料，分别以氯化铝和氯化铁作为改性试剂，制备铝铁双金属改性生物炭；在改性过程中，生物炭与氯化铝质量比为1：0.33~1，生物炭与氯化铁质量比为1：1.21~2.42；本申请为生物炭除磷吸附材料的开发提供了一种方法，制备得到的铝铁双金属改性生物炭用于含磷废水处理，相对于单独铝或铁改性生物炭具有更高的吸附容量，且在pH为4~11的范围内均可实现较高的磷酸根去除率；该材料制备工艺简单，操作简便，成本低廉，可实现废弃生物质的有效利用，达到以废治废的效果。

技术领域

本发明属于生物质固废资源利用以及环境吸附材料技术领域，特别涉及一种铝铁双金属改性生物炭除磷材料及其制备方法。

背景技术

近年来，农作物生产中磷的来源主要依赖于自然界土壤中以及养料的添加，如肥料和人类排泄物。但是当土壤环境中的磷过量时，一方面会造成土壤中氮磷比例的失衡，导致土壤质量的下降；另一方面，过量的磷肥容易被雨水和地表径流冲刷进入水体环境中，进而提高了地表水体中的磷浓度。天然水体中过量磷化合物的存在容易引起水体富营养化现象，降低水体甚至整个生态系统的质量。随着城市化和工业化的的不断发展，生活污水以及工业废水的排放也导致大量的磷进入到水体环境中。这些都进一步加剧了水体的磷污染。我国的地表水环境质量标准(GB3838—2002)中对河流的Ⅰ类～Ⅴ类水规定的总磷标准分别为0.02、0.1、0.2、0.3和0.4mg/L。《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)中规定的总磷最高允许排放浓度分别为0.5mg/L(一级A标准)和1.0mg/L(一级B标准)。因此，在面对水体磷污染的情形下，聚焦于去除水体中过量的磷、降低水体富营养化的风险，同时实现磷的回收和再利用迫在眉睫。

目前，从水体中去除磷的方法主要包括生物法、膜分离法、化学沉淀法、离子交换法和吸附法。其中，吸附法具有适用范围广、工艺操作简单、运营成本低廉、回收效果好的优势。研发高效廉价、对水生生态环境影响小的新型吸附材料具有重要现实意义。目前常见的吸附材料包括天然吸附材料、工业废渣、高分子吸附材料和碳素材料，其中生物炭不仅具有一定的磷酸根吸附能力，还可将其在吸附除磷后作为释磷材料回用于土壤，即作为土壤改良剂对土壤进行改良。然而，原始生物炭对磷酸根的吸附能力较低或不具备吸附能力，通常需要对生物炭进行物理或者化学改性以提高其除磷能力。其中，对生物炭进行负载金属改性是目前最有效的生物炭化学改性方法之一。通过将能与磷酸根发生相互作用的金属(氢)氧化物引入生物炭，使生物炭复合材料在保证原始生物炭材料性能优势的同时，也具有金属(氢)氧化物与磷酸根的强结合能力。