一种去除溶液中硝酸盐氮的生物炭吸附剂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种去除溶液中硝酸盐氮的生物炭吸附剂及其制备方法，属于水污染 治理技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着地球水资源日趋紧缺，人们越来越重视水环境的保护和污(雨)水资源的再生 回用。一方面，目前国内很多天然水体污染严重，富营养化导致水体退化为VI类或劣VI类， 水体修复是目前急需解决的一个问题；另一方面，城市的污水处理厂处理工艺多为二级处 理，其出水一般可达到《污水综合排放标准》I级B标，随着国家对环境保护力度的加大，污水 厂出水水质要求提高到I级A标，因此在污水厂内需要增加污水的深度处理工艺。另外，雨水 作为一种淡水资源，若对其回收利用也是一种节约淡水资源最快最高效的方法，雨水的处 理需要简便、高效、节能的处理方法。吸附法作为一种水处理的深度处理工艺，已经普遍得 到应用。对NO 3+具有吸附效果的生物炭为甜菜渣生物炭、毛竹生物炭、小麦秸杆生物炭、芥末 秸杆生物炭、玉米秸杆生物炭、美国黄松木肩生物炭、柳枝稷生物炭、甘蔗渣生物炭、杨木生 物炭、松木生物炭、花生壳生物炭等;而活性炭主要为椰子壳活性炭、褐煤颗粒活性炭、商业 活性炭(Nacalai tesque Model 079-39)、商业活性炭(Filtrasorb 400)等，采用不同的生 物质原料所制成的生物炭吸附材料对NO厂的吸附性能表现出不同的效果。如生物炭中经环 氧氯丙烷和乙二胺活化后的甜菜渣生物炭对硝酸根的吸附性能最好，其吸附量为87.72mg/ g，但需要在超声波条件下，工艺复杂;活性炭中吸附性能最好的是活性炭衣(Spectracarb 2225)，其吸附量高达125.86mg/g，但其价格偏高5800~8500元/t。影响吸附法处理效果的 一个重要因素就是使用的吸附材料。吸附材料的吸附容量、吸附速度等决定了吸附法的效 果。目前国内市场上有很多应用于水处理的吸附材料，但这些材料要么价格高昂，要么吸附 效率不高，因此亟待开发针对性、适用强的吸附剂，以满足社会及市场需求。
【发明内容】
[0003] 本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种去除溶液中硝酸盐 氮的生物炭吸附剂及其制备方法。
[0004] 为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
[0005] -种去除溶液中硝酸盐氮的生物炭吸附剂，原料为玉米芯，所述玉米芯在550°C-650°C (优选600°C)下缺氧烧制1-3(优选2)小时，得去溶液中硝酸盐氮的吸附材料。
[0006] 玉米芯原材料在高温热解条件下，由于其表面可挥发性物质（主要为有机质和水 分)的挥发，形成的气体在材料内部受热膨胀使得孔隙扩张，平均孔径增大，比表面积增大， 且表面生成-OH(羟基)官能团，从而形成了孔隙发达的多孔结构生物炭吸附剂。
[0007] 在上述方案中优选的是，所述玉米芯的经1.0m〇l/L的MgCl2溶液、1.0m 〇l/L硫酸溶 液、1.0 mol/L的氢氧化钠溶液改性。
[0008] 改性玉米芯原材料经干燥后在高温条件下进行热解反应，其表面的可挥发性物质 (主要为有机质和水分）的挥发和MgCl2受热分解生成纳米MgO颗粒进入了微孔并附着在其 表面，使得比表面积和微孔体积减小，形成负载纳米MgO颗粒的多孔结构生物炭吸附剂。
[0009] 在上述任一方案中优选的是，所述改性方法为:所述玉米芯与所述MgCl2溶液按浸 渍比1-4:1 (优选3:1)加入所述MgCl2溶液中，或所述玉米芯按照固液比1-3:1 (优选2.5:1) 加入所述硫酸溶液或氢氧化钠溶液，浸泡1 -3 (优选2)小时后，置于100 °C -110 °C (优选10 5 °C)烘干。
[0010] 所述玉米芯与所述MgCl2溶液按浸渍比优选3:1加入所述MgCl2溶液中，改性效果最 好，最终得到的吸附剂除去硝酸盐氮的效果最好。
[0011] 在上述任一方案中优选的是，缺氧烧制后的产物经研磨后过16~20目筛取截留 物，然后用水冲至pH值恒定，于100 °C -110 °C (优选105 °C)烘干备用。
[0012]本发明还提供所述去除溶液中硝酸盐氮的生物炭吸附剂的制备方法，将所述玉米 芯在550 °C-650 °C (优选600 °C)下缺氧烧制1-3 (优选2)小时，得去除溶液中硝酸盐氮的吸附 材料。
[0013]在上述任一方案中优选的是，所述制备方法还包括原料的改性。
[0014] 在上述任一方案中优选的是，所述玉米芯的经I .Omol/L的MgCl2溶液、I .Omol/L硫 酸溶液、1.0 mol/L的氢氧化钠溶液改性。
[0015] 在上述任一方案中优选的是，所述改性方法为:所述玉米芯与所述MgCl2溶液按浸 渍比1-4:1 (优选3:1)加入所述MgCl2溶液中，或所述玉米芯按照固液比1-3:1 (优选2.5:1) 加入所述硫酸溶液或氢氧化钠溶液，浸泡1 -3 (优选2)小时后，置于100 °C -110 °C (优选10 5 °C)烘干。
[0016] 在上述任一方案中优选的是，缺氧烧制后的产物经研磨后过16~20目筛取截留 物，然后用水冲至pH值恒定，于100 °C -110 °C (优选105 °C)烘干备用。
[0017] 两种吸附剂制造过程中的产率为22.58%左右，吸附剂比表面积及孔径见下表1: [0018] 表1:吸附剂比表面积及孔径
[0020] 本发明的有益效果:本发明的生物炭吸附剂，可以高效去除溶液中的硝酸盐氮，吸 附量可达到51.20mg/g左右，经过改性后的吸附剂，硝酸盐氮吸附量可以达到297.40mg/g左 右。
[0021] 从上述对技术方案的分析可知，与目前常用的吸附剂相比，本发明具有如下显著 特点：
[0022] 1、吸附剂原材料来源广，且价格便宜。玉米芯作为一种农业废弃物，在我国广大农 村地区具有大量的玉米芯可以利用，且基本不需要钱或只需要很少的价格来购买。实现生 物废料的回收再利用，变废为宝；
[0023] 2、吸附剂制造方法简单。吸附剂1只需要在缺氧条件下，将原材料高温烧制即可； 吸附剂2也只需要将原材料使用MgCl2溶液浸泡后，再进行缺氧高温烧制即可。不需要进行 复杂的处理工艺，原料简单，也不用添加其他物质，不考虑配比问题；
[0024] 3、吸附剂吸附容量高。吸附剂1吸附容量可达51.20mg/g左右，是小麦秸杆生物炭 和芥末秸杆生物炭吸附容量的50倍左右;吸附剂2吸附容量达到了297.40mg/g左右，是改性 柳枝稷生物炭吸附容量的11倍、改性甜菜渣生物炭吸附容量的3.5倍；
[0025] 3、吸附速度快。吸附剂可在6~8小时内将污水中的硝酸盐氮吸附去除，去除效率 尚。
[0026] 4、吸附后的吸附剂可进行再利用。吸附了硝酸盐氮后的吸附剂，可当作肥料用于 土壤改良，吸附在吸附剂上的硝酸盐氮在土壤中可以缓慢释放出来，为农作物生长提供氮 肥来源；
[0027] 5、和现有的硝酸盐氮吸附方法进行对比，本申请的原材料成本低，基本不需要花 钱，制作工艺简单，不需要添加催化剂。而专利200910055300制作成本高，工艺复杂，对于独 立的纳米铁材料在3h内对原水的去除率仅有15%左右，这么高的成本下，低去除率，对于实 际生产十分的不经济。
【具体实施方式】
[0028] 以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用 于说明和解释本发明