[发明专利]一种磁性生物炭基复合吸附剂的制备方法及其应用

说明书

一种磁性生物炭基复合吸附剂的制备方法及其应用，本发明的目的是为了解决现有生物炭吸附剂对有机污染物去除效率较低的问题。制备方法：一、将生物质粉末加入到含有FeCl₃·6H₂O的乙醇溶液中，制备掺杂铁的生物质粉末；二、制备铁掺杂生物炭；三、向高锰酸盐溶液中加入硅藻土，得到氧化剂‑硅藻土复合粉末；四、向腐殖酸溶液中加入膨润土粉末，得到腐殖酸复合膨润土；五、向壳聚糖凝胶中添加铁掺杂生物炭、氧化剂‑硅藻土复合粉末和腐殖酸复合膨润土，制备凝胶球，冷冻干燥得到磁性生物炭基复合吸附剂。本发明磁性生物炭基复合吸附剂对苯酚具有优异的吸附效率(98％～99％)，可用于水体中有机污染物的快速去除。

技术领域

本发明涉及一种复合吸附剂的制备方法及其应用。

背景技术

生物炭是指在低氧环境下，通过高温裂解将木材、草、玉米秸秆或动物粪便等进行碳化，是以固定碳元素为目的的炭材料。生物炭制备方式通常有快速热解法、慢速热解法、水热法和微波法等。实际应用中，生物炭的生产一般采取慢速热解法，该方法通常会提高生物炭的产量和均匀性。生物炭丰富的结构特性为污染物的吸附提供大量活性位点。其吸附机制一般包括表面吸附、分配作用、π-π电子授受作用等。表面吸附作用包含物理吸附、化学吸附及孔填充效应，生物炭中的稠芳环结构与有机物之间通常还有π-π相互作用。

酚类有机污染物主要来源有生活来源、农业来源和工业来源。酚类有机物对环境的污染通常指其对水体造成的污染，酚类废水是目前工业中污染风险和规模极大的废水之一。酚类有机污染物中最常见的污染物为苯酚，苯酚的酚羟基中氧原子的一对非共用电子与苯环大π键组成P-π共轭系统，使苯环上的电子云密度增加，强化了其化学反应活性。此外，在酚羟基上引入取代基可得到多种取代酚，常见的取代基有硝基、卤素原子、烷基等。

卡马西平(简称CBZ)是第一代抗惊厥药物，已在全球范围内广泛作为精神类疾病治疗药物用于治疗癫痫类疾病，是土壤和水环境中最常被发现的药物之一。卡马西平药物在环境中具有较强的持久性、生物活性和生物累积性，是一种潜在的危险污染物。现有去除水体中药物类有机污染物方法主要有高级氧化技术、吸附剂吸附技术、膜处理技术、物化法和生物法。

生物炭基吸附剂能对有机污染物进行有效去除，但现有生物炭基吸附剂对有机污染物去除效率较低，存在吸附反应时间较长的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有生物炭吸附剂对有机污染物去除效率较低的问题，而提供一种磁性生物炭基复合吸附剂的制备方法及其应用。

本发明磁性生物炭基复合吸附剂的制备方法按照以下步骤实现：

一、将生物质粉末加入到含有FeCl₃·6H₂O的乙醇溶液中，混合液在40～60℃下搅拌至乙醇完全挥发后，干燥后得到掺杂铁的生物质粉末；

二、将掺杂铁的生物质粉末放入管式炉中进行限氧烧制或无氧烧制，得到铁掺杂生物炭；

三、向高锰酸盐溶液中加入硅藻土，搅拌反应后减压旋转蒸发，干燥后得到氧化剂-硅藻土复合粉末；

四、向腐殖酸溶液中加入膨润土粉末，恒温振荡处理，经过抽滤、洗涤和干燥后得到腐殖酸复合膨润土；

五、向壳聚糖凝胶中添加铁掺杂生物炭、氧化剂-硅藻土复合粉末和腐殖酸复合膨润土，搅拌均匀后得到复合反应液，复合反应液滴入NaOH溶液中，搅拌形成凝胶球，分离收集凝胶球，经过水洗和冷冻干燥，得到磁性生物炭基复合吸附剂；

其中步骤五中添加铁掺杂生物炭、氧化剂-硅藻土复合粉末和腐殖酸复合膨润土的质量比为(2～3)：(1～3)：(1～3)。

本发明磁性生物炭基复合吸附剂的应用是将该磁性生物炭基复合吸附剂投入水中去除有机污染物苯酚或者卡马西平。