一种利用绿色生物炭高效催化降解环境中可溶性有机物NOM的方法与流程

本发明涉及环境功能性材料领域，特别是涉及一种利用绿色生物炭高效催化降解环境中可溶性有机物nom的方法。

背景技术：

自然有机物nom由于含有羧基、羟基、羰基和甲氧基等活性功能团，能作为重金属在环境中的迁移载体或配位体，通过与重金属之间的离子交换吸附、络合、螯合等一系列反应抑制或促进重金属在环境中的吸附，影响重金属的沉淀、迁移转化和生物有效性，进一步影响生态环境安全和人类健康。nom由于自身的复杂组成及特性，积极参与生物地球化学和环境作用，它影响着环境的酸碱特性、营养物质的有效性、污染物的环境行为特性(迁移转归、毒性等)，会对重金属在环境中的吸附、迁移等一系列环境行为产生影响，影响着环境中重金属的环境行为，已经成为土壤科学、生态科学和环境科学交叉领域的研究热点。nom与重金属主要发生吸附和絮凝作用、表面络合作用以及螯合作用。重金属本身在土壤中有一定的吸附迁移作用，使其进入深层土壤进而污染地下水等环境，nom会对环境中重金属的环境行为有一定得影响。另外，nom一般通过其配位基团(如酚羟基、羧基、氨基等活性功能基团)与有机污染物结合，从而影响有机污染物的迁移能力和生态毒性。nom增加土壤固有重金属移动性的研究已有报道。nom与污染物的相互作用能力与nom的性质密切相关，掌握nom的化学性质对于预测污染物在nom作用下的变化非常关键。除此之外，nom可造成水体富营养化，增加水厂处理难度等问题。因此使用生物炭材料吸附催化，从而降解nom有着重要意义。nom由于在自然界中大量存在，现有去除方法存在nom去除不彻底、效率低下等问题。

技术实现要素：

本发明是要解决现有技术存在处理成本高、存在二次污染、处理效率低、去除不彻底等问题，而提供一种利用绿色生物炭高效催化降解环境中可溶性有机物nom的方法。

本发明一种利用绿色生物炭高效催化降解环境中可溶性有机物nom的方法具体是按以下步骤进行：

一、将生物质废弃物进行粉碎处理，并过180～220目筛后采用超纯水冲洗2～3次，在温度为30～50℃的条件下烘干，得到生物质废弃物粉末；

二、将生物质废弃物粉末采用超纯水冲洗2～3次后放入fecl3溶液中混合后，得到混合液，然后向混合液中加入zncl2，在温度为40～80℃的水浴条件下搅拌1.5～2.5d，得到悬浮液；所述fecl3溶液的浓度为1～5mol/l；所述生物质废弃物粉末的质量与fecl3溶液的体积比为1g:(30～60)ml；所述zncl2的质量与fecl3溶液的体积比为(0.06～0.3)g:1ml；

三、将悬浮液在40～80℃下烘干4～6d，将固体放置在刚玉舟上并转移到管式炉中，以300ml/min的通气量向管式炉中通入n2，时间为10～15min；然后在氮气流量为100～200ml/min的条件下进行加热，在升温速率为5～20℃/min的条件下将管式炉中的温度由室温升至900℃后，在温度为900℃的条件下保温1～2h，自然冷却至室温，将固体转移到浓度为2～3mol/l的hcl水溶液中清洗，然后采用超纯水冲洗冲洗3～5次后，烘干，通过100目筛网，得到生物炭；

四、将生物炭与过硫酸钠混合后去除自然有机物nom；所述生物炭的加入量为0.05～0.2g/l；所述过硫酸钠的加入量为0.5～2mmol/l。

本发明的有益效果：

本发明方法简单，原料来源广泛，成本低，耗能少。无需复杂的专用仪器及设备。.对环境不会造成二次污染的风险。在环境重金属去除方面具有广大的应用前景，对于10ppm浓度的nom去除率达到65～96％。

附图说明

图1为.不同生物炭与pds含量下对nom去除效果随时间的影响曲线；其中1为生物炭浓度：0g/l、pds浓度：1mmol/l；2为生物炭浓度：0.1g/l、pds浓度：0mmol/l；3为生物炭浓度：0.05g/l、pds浓度：0.5mmol/l；4为生物炭浓度：0.1g/l、pds浓度：2mmol/l；5为生物炭浓度：0.1g/l、pds浓度：1mmol/l；6为生物炭浓度：0.2g/l、pds浓度：0.5mmol/l；7为生物炭浓度：0.1g/l、pds浓度：2mmol/l。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式一种利用绿色生物炭高效催化降解环境中可溶性有机物nom的方法具体是按以下步骤进行：

一、将生物质废弃物进行粉碎处理，并过180～220目筛后采用超纯水冲洗2～3次，在温度为30～50℃的条件下烘干，得到生物质废弃物粉末；

二、将生物质废弃物粉末采用超纯水冲洗2～3次后放入fecl3溶液中混合后，得到混合液，然后向混合液中加入zncl2，在温度为40～80℃的水浴条件下搅拌1.5～2.5d，得到悬浮液；所述fecl3溶液的浓度为1～5mol/l；所述生物质废弃物粉末的质量与fecl3溶液的体积比为1g:(30～60)ml；所述zncl2的质量与fecl3溶液的体积比为(0.06～0.3)g:1ml；

三、将悬浮液在40～80℃下烘干4～6d，将固体放置在刚玉舟上并转移到管式炉中，以300ml/min的通气量向管式炉中通入n2，时间为10～15min；然后在氮气流量为100～200ml/min的条件下进行加热，在升温速率为5～20℃/min的条件下将管式炉中的温度由室温升至900℃后，在温度为900℃的条件下保温1～2h，自然冷却至室温，将固体转移到浓度为2～3mol/l的hcl水溶液中清洗，然后采用超纯水冲洗冲洗3～5次后，烘干，通过100目筛网，得到生物炭；

四、将生物炭与过硫酸钠混合后去除自然有机物nom；所述生物炭的加入量为0.05～0.2g/l；所述过硫酸钠的加入量为0.5～2mmol/l。

本实施方式步骤一中粉碎并且过筛处理后，会增加生物炭的比表面积、分散性以及热传导速率，从而在管式炉中热解时有更好的受热情况，提高后续热解材料过程的均匀性。

本实施方式步骤二中适量fecl3、zncl2溶液与生物质混合培养，目的是使生物炭表面与fe³⁺、zn²⁺充分接触，并且在其表面分布均匀，提高后续制备的纳米粒子在生物炭表面的分散性。

本实施方式步骤三中升温速率5～20℃/min为了使材料有充分的时间碳化，热解过程中通入氮从而制造无氧环境，从而降低生物质中炭元素的损失。

本实施方式制备的绿色材料用于去除环境中自然有机物nom，该方法先对生物质废弃物(小麦秸秆)进行预处理，并将其进行热解处理，通过fecl3、zncl2溶液与生物炭混合培养，使生物炭表面与fe³⁺、zn²⁺充分接触，并且在其表面分布均匀，提高后续制备的纳米粒子在生物炭表面的分散性；使铁与锌在生物炭表面结合，经过酸溶液处理后，洗去铁锌元素，有利于提高生物炭的催化降解效果。利用纳米粒子的分散程度提高了生物炭的多孔性，从而提高了其反应活性；绿色复合材料对于在过硫酸钠作用下对自然有机物nom有较高的去除能力。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述生物质废弃物为小麦秸秆。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤二中所述生物质废弃物粉末的质量与fecl3溶液的体积比为1g:40ml。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二中所述生物质废弃物粉末的质量与fecl3溶液的体积比为1g:50ml。其它与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤二中所述zncl2的质量与fecl3溶液的体积比为0.1g:1ml。其它与具体实施方式一至四之一相同。

通过以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例一：一种利用绿色生物炭高效催化降解环境中可溶性有机物nom的方法具体是按以下步骤进行：

一、将生物质废弃物进行粉碎处理，并过180～220目筛后采用超纯水冲洗2～3次，在温度为30～50℃的条件下烘干，得到生物质废弃物粉末；

二、将生物质废弃物粉末采用超纯水冲洗2～3次后放入fecl3溶液中混合后，得到混合液，然后向混合液中加入zncl2，在温度为40～80℃的水浴条件下搅拌1.5～2.5d，得到悬浮液；所述fecl3溶液的浓度为1～5mol/l；所述生物质废弃物粉末的质量与fecl3溶液的体积比为1g:(30～60)ml；所述zncl2的质量与fecl3溶液的体积比为(0.06～0.3)g:1ml；

三、将悬浮液在40～80℃下烘干4～6d，将固体放置在刚玉舟上并转移到管式炉中，以300ml/min的通气量向管式炉中通入n2，时间为10～15min；然后在氮气流量为100～200ml/min的条件下进行加热，在升温速率为5～20℃/min的条件下将管式炉中的温度由室温升至900℃后，在温度为900℃的条件下保温1～2h，自然冷却至室温，将固体转移到浓度为2～3mol/l的hcl水溶液中清洗，然后采用超纯水冲洗冲洗3～5次后，烘干，通过100目筛网，得到生物炭；

四、将生物炭与过硫酸钠混合后去除自然有机物nom；所述生物炭的加入量为0.05～0.2g/l；所述过硫酸钠的加入量为0.5～2mmol/l。

图1为在不同生物炭与pds含量下对nom去除效果随时间的影响图，以黄腐酸作为nom标准物质，在锥形瓶中加入50ml浓度为10ppm的黄腐酸，随后加入生物炭颗粒，超声1min以使生物炭均匀分散在溶液中，加入过硫酸盐后开始计时，每隔一段时间取样，并过膜测定其浓度。经测定吸光度后，可以看出，生物炭浓度对nom降解速率的影响最大，随着生物炭浓度的升高，nom去除速率也呈现逐渐升高的趋势，在相同生物炭浓度条件下，过硫酸盐浓度越高，nom去除速率也越快。