一种去除水体中镉的生物炭改性材料的制备方法与流程

本发明涉及水处理，具体是涉及一种去除水体中镉的生物炭改性材料的制备方法。

背景技术：

1、随着工业化和城市化的快速发展，我国土壤重金属污染日益加重，成为当前亟需解决的环境问题。其中，镉是毒性最强的重金属污染物之一。镉不能通过生物降解去除，且在土壤中的滞留时间长，其存在不仅会导致土壤生态功能破坏，还会通过植物吸收和生物链传递逐级富集，从而威胁人类健康。开展镉污染土壤的防控和修复工作，是保障生态环境安全与人民健康的重大现实需求。生物炭具有发达的孔隙结构和丰富的表面官能团，被认为是有效的土壤改良剂和水体污染物吸附剂。然而，传统得到的高温热解生物炭的比表面积较小，孔隙结构及表面官能团的数目和种类也较少，其吸附性能较差。因此如果直接使用原始生物炭，存在成本高、去除效果低等问题。为解决这一问题，对生物炭材料进行改性被认为是一种可行的改善方式，通过改变其性质，从而强化其对污染物的吸附性能。生物炭改性方法有物理、化学和生物改性法，但目前的改性方法对去除重金属镉的效果提升不显著，不能满足实际需求。

技术实现思路

1、本发明的目的是基于现有技术的需要，提供一种去除水体中镉的生物炭改性材料的制备方法，对水稻秸秆的残体进行妥善的处理，避免造成二次污染。该方法以入侵植物水稻秸秆为原料，经过风干、限氧热解、限氧条件下活化得到一种水稻秸秆制备的改性生物炭，将其作为吸附剂能够快速，高效地去除镉，变害为宝，成本低廉，有利于生态平衡。

2、为达到本发明的目的，本发明水稻秸秆制备的改性生物炭是通过以下方法得到的：

3、（1）采集水稻秸秆并去叶，洗净后风干，然后烘干；

4、（2）将步骤（1）中烘干后的水稻秸秆粉碎、过筛，得水稻秸秆粉末；

5、（3）对步骤（2）所得水稻秸秆粉末进行限氧热解，得到水稻秸秆生物炭；

6、（4）将步骤（3）所得水稻秸秆生物炭与碱混合，在限氧条件下活化后，冷却到室温，取出与0.09-1.1m的盐酸混合，再用去离子水洗至ph不变，干燥得到水稻秸秆制备的改性生物炭。

7、进一步地，在本发明的一些实施例中，所述步骤（1）中的烘干是在鼓风干燥箱内，55-65℃干燥22-26h。

8、进一步地，在本发明的一些实施例中，所述步骤（2）中过筛为过90-110目筛。

9、进一步地，在本发明的一些实施例中，所述步骤（3）中限氧热解是在真空管式炉中进行，n2气氛，其升温速率为5℃/min，热解温度为200-700℃，热解时间为1-3h。

10、进一步地，在本发明的一些实施例中，所述步骤（4）中限氧条件下活化是在真空管式炉中进行，n2气氛，其升温速率为5℃/min，热解温度为700℃。

11、进一步地，在本发明的一些实施例中，所述步骤（4）中取原始生物炭与3g k2co3混合碾磨20分钟后与刚玉舟中，放置于石英管里，热解前，以100 ml/min的速率通入高纯度的氮气1小时（99.9%）以排出管内空气。然后，在n2气氛中，以5 ℃/min的升温速率分别升温到600 ℃，并维持1小时。

12、进一步地，本发明水稻秸秆制备的改性生物炭去除镉的方法为：将水稻秸秆制备的改性生物炭作为吸附剂，去除水体中的镉。

13、进一步地，在本发明的一些实施例中，所述吸附剂的吸附时间为5min-24h。

14、进一步地，在本发明的一些实施例中，所述水体的初始ph为2-8。

15、与现有技术相比，本发明的优点如下：

16、（1）本发明选择的原材料为水稻秸秆，变废为宝，有利于生态平衡；

17、（2）本发明原材料来源广泛，成本低廉，制作方法简单，工艺流程简便；

18、（3）本发明所制备的水稻秸秆改性生物炭能够快速、高效地去除水体中的镉，与原始生物炭相比，在较宽的ph及不同金属离子影响下，改性生物炭均有较好的吸附效果。

19、

技术特征：

1.一种去除水体中镉的生物炭改性材料的制备方法，其特征在于：该方法包含以下步骤：

2.根据权利要求1所述的水稻秸秆制备的改性生物炭，其特征在于，所述步骤（1）中的烘干是在鼓风干燥箱内，55-65℃干燥22-26h。

3.根据权利要求1所述的水稻秸秆制备的改性生物炭，其特征在于，所述步骤（2）中过筛为过90-110目筛。

4.根据权利要求1所述的水稻秸秆制备的改性生物炭，其特征在于，所述步骤（3）中限氧热解是在真空管式炉中进行，n2气氛，以5 ℃/min的升温速率到700 ℃，并维持2小时，最后冷却到室温得到原始生物炭。

5.根据权利要求1所述的水稻秸秆制备的改性生物炭，其特征在于，所述步骤（4）中取原始生物炭与3g k2co3混合碾磨20分钟后与刚玉舟中，放置于石英管里，热解前，以100 ml/min的速率通入高纯度的氮气1小时（99.9%）以排出管内空气。

6.然后，在n2气氛中，以5 ℃/min的升温速率分别升温到600 ℃，并维持1小时。

7.最后冷却到室温，将生物炭与50 ml的1 m的盐酸混合震荡24小时，用去离子水洗至ph不变，在鼓真空干燥箱中60 ℃烘干24小时后得到改性生物炭。

8.权利要求上述制备的原始生物炭和改性生物炭用于吸附水溶液中的镉，体系固液比为0.02 g：10 ml。

9.本发明的有益效果是：与原始生物炭相比，本发明发现25 ℃时，改性生物炭对镉的吸附量在不同ph条件下提升了0.33%-45.97%。

技术总结
本发明属于污染物去除技术领域，公开了一种去除水体中镉的生物炭改性材料的制备方法。本发明水稻秸秆制备的改性生物炭是通过以下方法得到的：（1）采集水稻秸秆，洗净后风干，然后烘干；（2）将烘干后的水稻秸秆粉碎、过筛，得水稻秸秆粉末；（3）对所得水稻秸秆粉末进行限氧热解，得到水稻秸秆原始生物炭；（4）将所得水稻秸秆生物炭与K<subgt;2</subgt;CO<subgt;3</subgt;混合，在限氧条件下活化后，冷却到室温，取出与盐酸混合，水洗至pH不变，干燥得到水稻秸秆制备的改性生物炭。该方法以水稻秸秆为原料得到一种改性生物炭，将其作为吸附剂能够快速，高效地去除镉。

技术研发人员：邹小明,吴礼贵,江长松,邱红木,戎玲玲
受保护的技术使用者：邹小明
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15