污染水体重金属吸附材料的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及污染水体重金属吸附材料的制备方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，我国水体重金属污染事件频发，仅报道的珠江流域镉污染事件，就有2005 年广东北江韶关段镉严重超标事件、2012年广西龙江镉污染事件、2013年两广交界贺江段 的镉污染事件。这些污染事故给珠江流域的生态环境和人民生活造成严重影响。因此，为 了保障生产和生活用水的安全，我们迫切需要高效的水体重金属污染吸附材料。
[0003] 生物质炭，是生物质（包括植物秸杆和动物粪便等）在限氧或者完全缺氧的条件 下，经过高温（< 700°C )热解炭化产生的一种高度芳构化的碳质材料。生物炭有着发达的 空隙结构、巨大的比表面积、丰富的含氧官能团以及高含量的矿物组成，从而对环境中的重 金属污染产生吸附作用。根据生物质材料来源的不同，生物质炭可以分成木炭、竹炭、秸杆 炭、稻壳炭、动物粪便炭等。不同生物炭对不同重金属的吸附能力及机制存在差别，大多数 研宄认为主要机制可以分为生物炭的"石灰效应"和生物炭的吸附作用两大机理。
[0004] 我国的农业秸杆资源丰富，是世界上第一秸杆大国，总产量稳居榜首。但是，各地 区经济发展水平不平衡，使得秸杆的利用方式具有差异性。一般可分为以下几种利用方式： 秸杆能源化应用、秸杆还田、秸杆饲料化应用、秸杆工业化利用、秸杆食用菌基料、废弃及焚 烧。其中，大部分的秸杆被丢弃或者燃烧，既造成了严重的资源浪费，还可能引起环境污染 问题。如果通过近年来兴起的生物炭技术，将秸杆资源转化成生物质炭，不但可以使农业秸 杆资源化利用，用于受污染水体的治理和修复，而且还可以从低价值的秸杆材料创造出良 好的生态和经济效益。
[0005][0006][0007]
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于提供污染水体重金属吸附材料的制备方法。
[0009] 本发明所采取的技术方案是：
[0010] 污染水体重金属吸附材料的制备方法，步骤为：
[0011] 1)玉米秸杆或稻草秸杆洗净、干燥、粉碎、过筛；
[0012] 2)将过筛后的粉末完全浸没在高锰酸钾溶液中，超声分散；
[0013] 3)将超声分散后的混合物固液分离，水洗涤、干燥；
[0014] 4)将上步得到的固体物进行煅烧；
[0015] 5)煅烧所得的材料用醇与水反复洗涤至中性，干燥至恒重。
[0016] 步骤1)中，粉碎、过筛后所得的玉米秸杆或稻草秸杆粉末的粒径< 0. 9mm。
[0017] 步骤2)中，高锰酸钾溶液的浓度为1~25g/L。
[0018] 步骤2)中，超声分散的时间为100~720分钟。
[0019] 步骤4)中，固体物煅烧的氛围：氧气含量< 20vol %的限氧氛围或保护气氛下的 完全缺氧氛围。
[0020] 步骤4)中，煅烧的具体操作为：将固体物置于马弗炉中，以5~20°C /min的速率 从室温升温到400~600°C，并在该温度下煅烧1~5小时。
[0021] 步骤5)中，所述的醇为C1-5脂肪醇。
[0022] 所述的C1-5脂肪醇为乙醇。
[0023] 所述的保护气氛为氮气、二氧化碳、氦气、氖气、氩气、氣气中的至少一种。
[0024] 所述的保护气氛为氮气。
[0025] 本发明的有益效果是：本发明充分利用农业废弃物玉米秸杆和稻草秸杆，改性处 理后作为污染水体重金属镉的吸附材料，具备较好的吸附能力，并在实际应用中取得了较 好的吸附效果。
【附图说明】
[0026] 图1未改性玉米秸杆（RCS)的SEM图和EDS图谱；
[0027] 图2是限氧条件下煅烧所制备的玉米秸杆基氧化锰负载生物炭吸附剂（MnWOCS) 的SEM图和EDS图谱；
[0028] 图3是完全缺氧条件下煅烧所制备的玉米秸杆基氧化锰负载生物炭吸附剂 (MnWNCS)的SEM图和EDS图谱；
[0029] 图4未改性稻草秸杆（RRS)的SEM图和EDS图谱；
[0030] 图5是限氧条件下煅烧所制备的稻草秸杆基氧化锰负载生物炭吸附剂（MnWORS) 的的SEM图和EDS图谱；
[0031] 图6是完全缺氧条件下煅烧所制备的稻草秸杆基氧化锰负载生物炭吸附剂 (MnWNRS)的SEM图和EDS图谱；
[0032] 图7吸附剂对溶液不同初始pH值对Cd2+吸附的影响；
[0033] 图8吸附剂投加量对Cd2+吸附的影响；
[0034] 图9吸附剂与市售两款活性炭在不同的pH值条件下对Cd2+吸附的效果比较。
【具体实施方式】
[0035] 污染水体重金属吸附材料的制备方法，步骤为：
[0036] 1)玉米秸杆或稻草秸杆洗净、干燥、粉碎、过筛；
[0037] 2)将过筛后的粉末完全浸没在高锰酸钾溶液中，超声分散；
[0038] 3)将超声分散后的混合物固液分离，水洗涤、干燥；
[0039] 4)将上步得到的固体物进行煅烧；
[0040] 5)煅烧所得的材料用醇与水反复洗涤至中性，干燥至恒重。
[0041] 步骤1)中，粉碎、过筛后所得的玉米秸杆或稻草秸杆粉末的粒径< 0. 9mm ;
[0042] 步骤2)中，高锰酸钾溶液的浓度为1~25g/L ;超声分散的时间为60~720分钟；
[0043] 步骤3)中，所述的固液分离方法优选为抽滤。
[0044] 步骤4)中，固体物煅烧的氛围：氧气含量< 20vol %的限氧氛围或保护气氛下的 完全缺氧氛围；所述的保护气氛为氮气、二氧化碳、氦气、氖气、氩气、氣气中的至少一种； 优选的，所述的保护气氛为氮气。
[0045] 煅烧的具体操作为：将固体物置于马弗炉中，以5~20°C /min的速率从室温升温 到400~600°C，并在该温度下煅烧1~5小时。
[0046] 步骤5)中，所述的醇为C1-5脂肪醇；优选的，所述的C1-5脂肪醇为乙醇。
[0047] 下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明：
[0048] 实施例1 :
[0049] 污染水体重金属吸附材料的制备方法，步骤为：
[0050] (1)玉米秸杆洗净，干燥后，粉碎过20目筛；
[0051] (2)将过筛的玉米秸杆粉完全浸没入浓度为Ig · Γ1的高锰酸钾溶液，再置于超声 波清洗器中超声处理60分钟；
[0052] (3)将上步得到的固液混合物抽滤，并用去离子水反复清洗，洗去残余的高锰酸钾 溶液，样品烘干，备用；
[0053] (4)将固体样品置于马弗炉中，在限氧（氧气含量< 20vol% )条件下高温煅烧。 煅烧的具体操作为：将样品置于马弗炉中从室温以5°C/min升高到400°C，在该温度下煅烧 1小时；
[0054] (5)将煅烧所得材料用95%乙醇和去离子水反复清洗至中性；再将最终得到的材 料烘干至恒重，即为玉米秸杆基氧化锰负载生物炭；所得产品命名为MnWOCS。
[0055] 实施例2 :
[0056] 污染水体重金属吸附材料的制备方法，步骤为：
[0057] (1)玉米秸杆洗净，干燥后，粉碎过20目筛；
[0058] (2)将过筛的玉米秸杆粉完全浸没入浓度为IOg · Γ1的高锰酸钾溶液，再置于超 声波清洗器中超声处理120分钟；
[0059] (3)将上步得到的固液混合物抽滤，并用去离子水反复清洗，洗去残余的高锰酸钾 溶液，样品烘干，备用；
[0060] (4)将固体样品置于马弗炉中，在氮气氛围