一种重金属吸附剂、其制备方法及应用
【专利摘要】本发明公开了一种重金属吸附剂、其制备方法及应用，所述重金属吸附剂是通过十字花科植物风干、热解得到的生物炭，经过研磨得到备方法，所述十字花科植物为为芥菜、萝卜、油菜、白菜、菘菜、荠菜或甘蓝等，因为经试验发现十字花科植物体内含有较多的巯基化合物，热解后能得到带有巯基的生物炭，能与重金属离子发生吸附、螯合作用，对Cd、Cu、Mn、Ni、Zn等重金属的阳离子均具有较高的亲和能力；收集废弃的白菜、芥菜等十字花科植物体，风干热解制成生物炭，不仅可以实现减少垃圾的排放量，废弃资源的再利用，而且具有较强的重金属吸附能力，在含重金属水体处理、重金属污染土壤修复及渗透反应墙填料等方向具有广阔的应用前景。
【专利说明】
-种重金属吸附剂、其制备方法及应用
技术领域
[0001] 本发明设及重金属污染治理技术领域，尤其设及一种重金属吸附剂、其制备方法 及应用。
【背景技术】
[0002] 生物炭指在缺氧的条件下把生物质进行高溫处理，生物质中的油和气燃烧掉或分 离后收集，剩下的固态物质主要就是生物炭。将废弃物的生物质资源通过炭化技术制备成 生物炭加 W开发利用在很大程度上可W解决可持续发展和环境保护等复杂问题，对于保障 国家环境安全和资源的可持续利用具有重要意义。生物炭是一种难溶的、稳定的黑色固态 物质，具有致密的微孔结构和巨大的比表面积，能够有效吸附稳定无机离子和有机化合物， 可W应用于±壤改良、水体污染治理等领域。生物炭的吸附性能与其原材料、制备方式及比 表面积等密切相关，而目前常用的原材料及技术制备的生物炭对水体和±壤中重金属的治 理效果非常有限。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是提供一种重金属吸附剂、其制备方法及应用。
[0004] 本发明所采取的技术方案是：
[0005] -种重金属吸附剂的制备方法，包括W下步骤：
[0006] S1:取十字花科植物风干；
[0007] S2:取风干后的十字花科植物热解，制备得到生物炭；
[000引S3:取所述生物炭研磨，得到重金属吸附剂。
[0009] 在优选的实施方式中，所述十字花科植物为芥菜、萝l·、油菜、白菜、蒋菜、莽菜或甘 蓝中的至少一种。
[0010] 在优选的实施方式中，所述S2中热解具体步骤为：W300-1000°C/h的升溫速度升 溫至300-400°C，恒溫20-50min，再W300-1000°C A的升溫速度升溫至600-700°C，恒溫90- 180min〇
[0011] 在优选的实施方式中，所述S3中将所述生物炭研磨至粒径小于Ιμπι。
[0012] 本发明还提供了一种如上所述的重金属吸附剂的制备方法制备得到的重金属吸 附剂。
[0013] 此外，本发明还提供了一种重金属污染水体的治理方法，包括W下步骤;将如上所 述的重金属吸附剂加入重金属污染水体中，使所述重金属吸附剂与污染水体充分接触。
[0014] 在优选的实施方式中，包括W下步骤;在重金属污染水体流经途中制备一透水墙 或透水巧，在所述透水墙或所述透水巧的内部填充权利要求5所述的重金属吸附剂。
[0015] 此外，本发明还提供了一种重金属污染±壤的治理方法，包括W下步骤:将如上所 述的重金属吸附剂加入重金属污染±壤中，揽拌混匀，养护稳定。
[0016] 本发明的有益效果是：
[0017]本发明提供了一种重金属吸附剂、其制备方法及应用，所述重金属吸附剂是通过 十字花科植物风干、热解得到的生物炭，经过研磨得到备方法，所述十字花科植物为为芥 菜、萝l·、油菜、白菜、蒋菜、莽菜或甘蓝等，因为经试验发现十字花科植物体内含有较多的琉 基化合物，热解后能得到带有琉基的生物炭，能与重金属离子发生吸附、馨合作用，对Cd、 化、Mn、Ni、化等重金属的阳离子均具有较高的亲和能力；收集废弃的白菜、芥菜等十字花科 植物体，风干热解制成生物炭，不仅可W实现减少垃圾的排放量，废弃资源的再利用，而且 具有较强的重金属吸附能力，在含重金属水体处理、重金属污染±壤修复及渗透反应墙填 料等方向具有广阔的应用前景。
【附图说明】
[001引图1为重金属吸附剂II的能谱图；
[0019] 图2为果壳生物炭的能谱图；
[0020] 图3为重金属吸附剂II和果壳生物炭的红外光谱图。
【具体实施方式】
[0021] 实施例1:
[0022] 将收集自菜市场的废弃芥菜自然风干，在氮气保护下隔氧热解制备生物炭，使用 的设备为管式马弗炉，热解溫控程序为:① W500°C/h的升溫速率从室溫升溫至350°C，② 350°C恒溫30min，③W500°C/h的升溫速率从350°C升溫至650°C，④650°C恒溫120min，⑤自 然降溫;将烧制的生物炭使用球磨机研磨至粒径小于1微米，即得重金属吸附剂I。
[0023] 实施例2:
[0024] 将收集废弃油菜，自然风干，将风干后的油菜在氮气保护下隔氧热解制备生物炭， 使用的设备为管式马弗炉，热解溫控程序为:① W500°CA的升溫速率从室溫升溫至350°C， ②350°C恒溫30min，③W500°C/h的升溫速率从350°C升溫至650°C，④650°C恒溫120min，⑤ 自然降溫;将烧制的生物炭使用球磨机研磨至粒径小于1微米，即得重金属吸附剂II。
[0025] 实施例3:
[0026] 将收集废弃白菜，自然风干，将风干后的白菜在氮气保护下隔氧热解制备生物炭， 使用的设备为管式马弗炉，热解溫控程序为:① Wl〇〇〇°C A的升溫速率从室溫升溫至400 。(：，②400°C恒溫20min，③W300°C/h的升溫速率从400°C升溫至600°C，④600°C恒溫 ISOmin，⑤自然降溫;将烧制的生物炭使用球磨机研磨至粒径小于1微米，即得重金属吸附 剂III。
[0027] 实施例4:
[0028] 将风干后的萝h在氮气保护下隔氧热解制备油菜賴杆生物炭，使用的设备为管式 马弗炉，热解溫控程序为：① W500°C/h的升溫速率从室溫升溫至350°C，②350°C恒溫 30min，③W100 0°C/h的升溫速率从350°C升溫至650°C，④650°C恒溫120min，⑤自然降溫； 将烧制的生物炭使用球磨机研磨至粒径小于1微米，即得重金属吸附剂IV。
[0029] 实施例5:
[0030] 将风干后的油菜賴杆在氮气保护下隔氧热解制备油菜賴杆生物炭，使用的设备为 管式马弗炉，热解溫控程序为:① W300°C A的升溫速率从室溫升溫至400°C，②400°C恒溫 50min，③W500°C A的升溫速率从400°C升溫至700°C，④700°C恒溫90min，⑤自然降溫;将 烧制的生物炭使用球磨机研磨至粒径小于1微米，即得重金属吸附剂V。
[0031] 1、各吸附剂对废水中重金属的去除能力对比试验
[0032] 取实施例1制得的重金属吸附剂I、实施例2制得的重金属吸附剂II、干芥菜粉末、 干油菜賴杆粉末和市售果壳生物炭进行水体重金属吸附实验，各组试验中吸附剂的添加量 均为Ig/L，室溫条件下振荡ISOmin，得到实验结果如表1。
[0033] 表1各吸附剂对废水中重金属的去除能力对比试验数据
[0034]
[0035] 从表1中试验结果可W看出，重金属吸附剂I和重金属吸附剂II的重金属吸附能力 显著强于市面上普通的果壳生物炭，而且重金属吸附剂I的重金属吸附能力强于干芥菜粉 末，重金属吸附剂II的重金属吸附能力强于干油菜賴杆粉末，说明采用本发明所述方法将 十字花科植物进行热解制备得到生物炭后，其对水体中重金属〔(1、化、111、化、化吸附能力显 著增强了。重金属吸附剂I对水体中Cd、Cu、Mn、Ni、Zn去除率分别为98.98%、98.92%、 99.99%、99.98%和98.50%，重金属吸附剂II对水体中Cd、Cu、Mn、Ni、Zn去除率分别为 98.96 %、98.84 %、89.45 %、97.29 %和99.86 %。说明使用十字花科植物制备生物炭，可W 增强其对水体中重金属的吸附能力，可用于重金属污染水体治理，其对水体中多种重金属 的吸附效果要优于市售的果壳生物炭。
[0036] 2、各吸附剂对重金属污染±壤的修复能力对比试验
[0037] 采集珠 Ξ角地区某电锻场地的污染±壤样品，分别装150g至多个250mL烧杯；按 2%的质量比添加实施例2制备得到的重金属吸附剂II、干油菜賴杆粉末和市售果壳生物 炭，揽拌混匀，加超纯水75mL后再次揽拌混匀后使用锡锥纸密封;养护稳定10天后取样，按 照町/T299-2007分析测定样品的重金属浸出浓度。实验结果如表2。
[0038] 表2各吸附剂对重金属污染±壤的修复能力对比试验结果
[0039]
[0040] 从表2中试验结果可知，添加重金属吸附剂II，养护稳定10天后污染±壤加、211、 吐、化的浸出浓度分别为下降了43.72%、69.97%、43.86%和39.67%，明显优于干油菜賴 杆粉末和果壳生物炭。可见本发明所述的重金属吸附剂在重金属污染上壤中能有效降低多 种重金属的浸出浓度，且具有较好的修复能力。
[0041 ] 3、能谱分析和红外分析
[0042] 取实施例2制得的重金属吸附剂II和市售的果壳生物炭进行能谱分析和红外分 析，得到重金属吸附剂II的能谱图如图1，重金属吸附剂II的元素定量分析结果如表3,果壳 生物炭的能谱图如图2,果壳生物炭的元素定量分析结果如表4,重金属吸附剂II和果壳生 物炭的红外光谱图如图3。根据图1和图2,可W看到，重金属吸附剂II含有少量的S，而结合 图3的红外光谱图分析，重金属吸附剂II在2530cnfi处有一个较弱的琉基特征吸收峰，说明 重金属吸附剂II含有少量的琉基化合物。
[0043] 表3重金属吸附剂II的元素定量分析结果 Γ00441
【主权项】
1. 一种重金属吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： S1:取十字花科植物风干； S2:取风干后的十字花科植物热解，制备得到生物炭； S3:取所述生物炭研磨，得到重金属吸附剂。2. 根据权利要求1所述的重金属吸附剂的制备方法，其特征在于，所述十字花科植物为 芥菜、萝卜、油菜、白菜、菘菜、荠菜或甘蓝中的至少一种。3. 根据权利要求1所述的重金属吸附剂的制备方法，其特征在于，所述S2中热解具体步 骤为：以300-1000°C/h的升温速度升温至300-400°C，恒温20-50min，再以300-1000°C/h的 升温速度升温至600-700 °C，恒温90-180min。4. 根据权利要求1所述的重金属吸附剂的制备方法，其特征在于，所述S3中将所述生物 炭研磨至粒径小于lwn。5. -种由权利要求1-4任一项所述的重金属吸附剂的制备方法制备得到的重金属吸附 剂。6. -种重金属污染水体的治理方法，其特征在于，包括以下步骤;将权利要求5所述的 重金属吸附剂加入重金属污染水体中，使所述重金属吸附剂与污染水体充分接触。7. 根据权利要求6所述的一种重金属污染水体的治理方法，其特征在于，包括以下步 骤;在重金属污染水体流经途中制备一透水墙或透水坝，在所述透水墙或所述透水坝的内 部填充权利要求5所述的重金属吸附剂。8. -种重金属污染土壤的治理方法，其特征在于，包括以下步骤:将权利要求5所述的 重金属吸附剂加入重金属污染土壤中，搅拌混匀，养护稳定。
【文档编号】C10B57/02GK106082385SQ201610589681
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月25日 公开号201610589681.9, CN 106082385 A, CN 106082385A, CN 201610589681, CN-A-106082385, CN106082385 A, CN106082385A, CN201610589681, CN201610589681.9
【发明人】黄雷, 张时伟, 李红艳, 任重, 赵亮, 周巍, 许建新
【申请人】深圳市铁汉生态环境股份有限公司