[发明专利]一种复合生物炭材料及制备方法与应用

说明书

本发明属于重金属污染水体处理的技术领域，尤其涉及一种用于吸附重金属离子的复合生物炭材料及制备方法与应用。其制备方法包括如下步骤：将生物质粉末与碳酸氢钾进行研磨混合，在无氧条件下进行高温炭化，然后用稀盐酸清洗并烘干，然后加入到氯化镁溶液，经混合反应并烘干，在无氧条件下高温热解，然后水洗并烘干，得到一种用于吸附重金属离子的复合生物炭材料。本发明一种用于吸附重金属离子的复合生物炭材料，利用碳酸氢钾与氯化镁进行联合改性，有效提升生物炭对水中重金属铅和镉的去除效果，同时可以有效利用农林废弃物，在处理重金属污染水体方面具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及重金属污染水体的处理技术领域，具体涉及一种复合生物炭材料及制备方法与应用。

背景技术

随着我国经济的快速发展，相关产业也随之迅速崛起，部分产业如冶金采矿业、电镀业、电池生产业等，导致越来越多的重金属污染废水进入环境中，造成水环境质量的下降。重金属离子具有毒性，不可自然降解，其进入自然环境中后，能够通过生态系统循环进入生物体内并逐步富集沉淀，因此降低或去除受污染水体中的重金属离子是解决重金属污染的必要条件。吸附法由于具有操作方便，维护成本低，设备简单等优点广泛用于受重金属污染水体的处理。生物炭具有一定的孔隙结构和比表面积，且原料为各种农林废弃物，因而常被用于处理重金属污染水体。

生物炭去除重金属的能力受原料和制备条件的影响较大，对严重污染水体的修复能力有限，对污染物的吸附选择性不足，为了克服上述这些不利因素，通常需要一个额外的改性过程，使其对污染物具有较高的去除效率。近年来，研究人员发现在生物炭上负载镁盐可提高其对重金属去除能力。中国发明专利“一种载镁生物炭及其制备方法和应用”(申请号201710562639.2)中将粉碎的农林废弃物在氯化镁溶液中浸泡，超声，烘干后在厌氧条件下烧制。发明专利“一种水葫芦-氧化镁复合生物炭的制备方法及应用”(申请号201611114518.3)中将水葫芦和氧化镁粉末混合均匀，然后将混合物在氮气保护下热解得到复合生物炭。专利“一种氧化镁-稻壳生物炭复合材料的制备方法及应用”(申请号201611114669.9)中将稻壳生物炭与氧化镁悬浮液混合干燥后热解成复合生物炭。Wu等人(JiawenWu,Tao Wang,Jiawei Wang,Yongsheng Zhang,Wei-Ping Pan.2021.A novelmodified method for the efficient removal of Pb and Cd fromwastewater bybiochar:Enhanced the ion exchange and precipitation capacity.Science of theTotal Environment.DOI:10.1016/j.scitotenv.2020.142150)”将生物炭浸泡到氯化镁溶液中，干燥，然后进行二次热裂解，制得复合生物炭材料。Zhang等人(Jingzhuo Zhang,DeyiHou,Zhengtao Shen,Fei Jin,David O'Connor,Shizhen Pan,Yong Sik Ok,DanielC.W.Tsang,Nanthi S.Bolan,Daniel S.Alessi.2020.Effects of excessiveimpregnation,magnesium content,and pyrolysis temperature on MgO-coatedwatermelon rind biochar and its lead removal capacity.EnvironmentalResearch.DOI：10.1016/j.envres.2020.109152)将干燥粉碎后的西瓜皮粉末浸泡到氯化镁溶液中，干燥，然后进行热解，制得镁负载生物炭材料。Shang等人(Hongru Shang,YinxueLi,Jingyi Liu,Yuan Wan,Yujie Feng,Yanling Yua.2020.Preparation of nitrogendoped magnesium oxide modified biochar and its sorption efficiency of leadions in aqueous solution.Bioresource Technology.DOI:10.1016/j.biortech.2020.123708)将生物炭浸渍到三聚氰胺和氯化镁的混合溶液中，干燥，然后热解，制得复合生物炭材料。Ling等人(Lili Ling,Wujun Liu,Shun Zhang,HongJiang.2017.Magnesium Oxide Embedded Nitrogen Self-Doped Biochar Composites:Fast and High-Efficiency Adsorption of Heavy Metals in an AqueousSolution.Environmental Science and Technology.DOI:10.1021/acs.est.7b02382)将生物质粉末浸泡在氯化镁溶液中，干燥，然后通过快速高温热解法制得载镁生物炭材料。但是，上述制备方法所制备的复合生物炭材料受生物炭本身孔隙结构和比表面积的制约，溶液中镁离子负载到生物炭表面和孔道中的量受到限制，因而，复合材料对重金属的去除能力很难进一步提升。