一种木子壳基环境修复材料及其应用的制作方法

本发明涉及一种去除或钝化水体和土壤环境中重金属的环境修复材料及其制备方法，属于环境修复领域。

背景技术：

目前，利用木子壳生物炭作为环境修复材料并用于环境污染修复的方法与应用尚未见报道。生物炭是将生物质在缺氧条件下加热所得的富碳产物。国内外已将其用于吸湿剂，除味剂，土壤改良剂(Lehmann J,Rillig M,Thies J,et a1,Bioehar effects on soil biota-a review[J].Soil Biology and Biochemistry,2011,43(9):1812-1836.)。近年来，由于重金属污染的日益加剧，生物炭用作低成本、高效率吸附剂的研究越来越受到关注(XU Xiao-yun,CAO Xin-de,ZHAO Ling,et al,Removal of Cu,Zn,and Cd from aqueous solutions by the dairy manure-derived biochar[J].Environmental Science and Pollution Research,2013,20(1):358-368.)。生物炭通常以木炭、秸秆、动物粪便等废弃物作原料，开发利用生物炭对生物质能的推广、废弃生物质的资源化具有重大意义(戴静等,四种原料热解产生的生物炭对Pb2+和Cd2+的吸附特性研究[J].北京大学学报,2013,49(6):1075-1082.)。生物炭的吸附性能与其元素组成和化学性质密切相关，而生物质原料、热解条件等因素都影响生物炭的性质，导致吸附效果显著差异。

木子树是典型的木本植物，木子壳作为茶油加工的副产物，主要分布于我国南方各省，含有大量木质素且具有独特的物理结构。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种强吸附性能的木子壳基环境修复材料及其制备应用。其作为环境修复材料用于水体和土壤环境中重金属的去除或钝化，具有广泛的应用前景。

本发明以木子壳为前驱体，在缺氧高温条件下制成生物炭。制备的木子壳生物炭具有丰富的无机矿物组分和内部孔隙结构，具有良好的吸附能力，能够去除水中或土壤中其他方法难以去除的重金属。

实现本发明目的的技术解决方案是：一种木子壳基环境修复材料，由以下步骤制备：

第一步，将木子壳清洗后填满于不锈钢罐体(不需密封)中，于80±5下℃烘干；

第二步，将罐体放入气氛炉通入氮气以驱赶氧气，然后于缺氧条件下炭化；

第三步，炭化后冷却至室温，将所得产物真空下抽滤、干燥、研磨过筛，获得所述的木子壳基环境修复材料。

进一步的，第二步中，缺氧条件下炭化温度为300-700℃，炭化时间为1-4h，通入氮气10min以上以驱赶氧气。

进一步的，第三步中，抽滤过程中用去离子水对所得产物进行清洗，研磨过0.075-0.250mm筛。

将上述步骤制备的木子壳基环境修复材料用于吸附污水中的重金属离子。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)原料相对廉价易得,实现对废弃生物质的资源化利用；

(2)环境修复材料具有丰富的无机矿物组分、内部孔隙结构和强吸附性能；

(3)为生物炭原料的选取和环境中重金属污染的治理提供科学依据。

附图说明

图1是本发明制备的环境修复材料所使用的原材料木子壳图片。

图2是本发明实例3所制备的木子壳基环境修复材料的场发射扫描电镜图片(a为低倍数，b为高倍数)。

图3是本发明实例3所制备的木子壳基环境修复材料的XRD谱图(a)和傅里叶红外光谱图(b)。

具体实施方式

实施例1：

第一步：将木子壳，其照片如图1，在80℃烘箱中干燥；

第二步，将饭盒(不需密封)放入气氛炉通入氮气10min驱赶氧气，然后于700℃缺氧条件下炭化1h；

第三步，将第二步的反应体系冷却到室温，所得产物用去离子水抽滤清洗；

第四步，将第三步体系干燥后研磨过0.075mm筛，获得木子壳基环境修复材料；

第五步，将制备的木子壳基环境修复材料用于吸附污水中的重金属离子使用方法包括以下步骤：将制备的环境修复材料投加到装有重金属的废水容器中，材料与废水的质量体积比为1:3000，将容器置于恒温振荡器中震荡6h，即可吸附水中重金属，吸附率可达80％；将制备的木子壳基环境修复材料用于钝化土壤中的重金属的使用方法包括以下步骤：将制备的环境修复材料投加到含有重金属土壤中，材料与污染土壤的质量比为1:300；加水混匀使之成泥浆状，吸附72h后，即可降低土壤中的生物有效性重金属含量，降幅可达50％。

实施例2：

第一步：将木子壳于80℃烘箱中干燥；

第二步，将饭盒放入气氛炉通入氮气10min驱赶氧气，然后于600℃缺氧条件下炭化2h；

第三步，将第二步的反应体系冷却到室温，所得产物用去离子水抽滤清洗；

第四步，将第三步体系干燥后研磨过0.150mm筛，获得木子壳基环境修复材料；

第五步，将制备的木子壳基环境修复材料用于吸附污水中的重金属离子使用方法包括以下步骤：将制备的环境修复材料投加到装有重金属的废水容器中，材料与废水的质量体积比为1:1000，将容器置于恒温振荡器中震荡12h，即可吸附水中重金属，吸附率可达95％；将制备的木子壳基环境修复材料用于钝化土壤中的重金属的使用方法包括以下步骤：将制备的环境修复材料投加到含有重金属土壤中，材料与污染土壤的质量比为1:100；加水混匀使之成泥浆状，吸附96h后，即可降低土壤中的生物有效性重金属含量，降幅可达70％。

实施例3：

第一步：将木子壳于80℃烘箱中干燥；

第二步，将饭盒放入气氛炉通入氮气10min驱赶氧气，然后于650℃缺氧条件下炭化2h；

第三步，将第二步的反应体系冷却到室温，所得产物用去离子水抽滤清洗；

第四步，将第三步体系干燥后研磨过0.250mm筛，获得木子壳基环境修复材料；

第五步，制备的环境修复材料如图2，高温裂解的木子壳具有多孔结构，孔隙结构致密规则，表面分布着灰分颗粒，这些外层颗粒物质可直接与水、土壤接触作用。其XRD谱图如图3(a)，木子壳生物炭矿物组成丰富，而这些矿物组分能够显著提高生物炭的吸附性能；其傅里叶红外光谱如图3(b)，材料在1544、1407、993、833、705cm-1等处有较明显的吸收峰，这表明木子壳基环境修复材料表面含有苯环、C＝O等官能团。将制备的木子壳基环境修复材料用于吸附污水中的重金属离子使用方法包括以下步骤：将制备的环境修复材料投加到装有重金属的废水容器中，材料与废水的质量体积比为1:2000，将容器置于恒温振荡器中震荡4h，即可吸附水中重金属，吸附率可达90％；将制备的木子壳基环境修复材料用于钝化土壤中的重金属的使用方法包括以下步骤：将制备的环境修复材料投加到含有重金属土壤中，材料与污染土壤的质量比为1:200；加水混匀使之成泥浆状，吸附72h后，即可降低土壤中的生物有效性重金属含量，降幅可达70％。

实施例4：

第一步：将木子壳于80℃烘箱中干燥；

第二步，将饭盒放入气氛炉通入氮气10min驱赶氧气，然后于500℃缺氧条件下炭化3h；

第三步，将第二步的反应体系冷却到室温，所得产物用去离子水抽滤清洗；

第四步，将第三步体系干燥后研磨过0.150mm筛，获得木子壳基环境修复材料；

第五步，将制备的木子壳基环境修复材料用于吸附污水中的重金属离子使用方法包括以下步骤：将制备的环境修复材料投加到装有重金属的废水容器中，材料与废水的质量体积比为1:2500，将容器置于恒温振荡器中震荡8h，即可吸附水中重金属，吸附率可达65％；将制备的木子壳基环境修复材料用于钝化土壤中的重金属的使用方法包括以下步骤：将制备的环境修复材料投加到含有重金属土壤中，材料与污染土壤的质量比为1:250；加水混匀使之成泥浆状，吸附72h后，即可降低土壤中的生物有效性重金属含量，降幅可达48％。