适用于污水重金属吸附的生物质炭的制备方法及该生物质炭与流程

本技术涉及污水处理领域，更具体地说，它涉及适用于污水重金属吸附的生物质炭的制备方法及该生物质炭。

背景技术：

1、在pcb生产流程中，有很多道工序都会无可避免地产生大量的重金属废水，内含cu、ni、cr等重金属。这些污水如果直接排放，将会对生态环境有极大影响。故，需要在排出之前进行处理。

2、目前，重金属废水中重金属的去除通常采用物理分离法，即投加化学药剂进行化学沉淀后分离去除。此种方式对污染物去除效果较好，出水达标率稳定，但是物料消耗较高，且沉淀分离后的重金属污泥需作为危险废物进行脱水后转运处理，流程较为复杂。

3、相比上述方法，利用价格相对低廉的生物材料投入到污水中进行重金属的吸附逐渐被广泛应用，成为热点。在相关技术中，为了获得更加优异的比表面积，通常在热解过程中进入活化剂(koh等)，来提高其孔隙度，增加其比表面积，从而获得更加优异的吸附效果。但是活化剂的添加大幅度增加了材料工业化制备难度及制备成本。因此，还有待改善。

技术实现思路

1、为了缓解上述问题，本技术提供适用于污水重金属吸附的生物质炭的制备方法及该生物质炭。

2、第一方面，本技术提供一种适用于污水重金属吸附的生物质炭的制备方法，采用如下的技术方案：

3、一种适用于污水重金属吸附的生物质炭的制备方法，包括以下步骤：

4、将150-250g食用菌菌糠与900-1200ml醇溶液、400-600ml水混合，在微波功率35-45w的条件下微波提取15-45min，得到40-60ml菌糠多糖混合物；

5、将菌糠多糖混合物在-60～-100℃的条件下进行冷冻干燥，处理时间为18-30h，得到泡沫状固体混合物；

6、将泡沫状固体混合物在800-1000℃的条件下碳化处理30-120min，得到适用于污水重金属吸附的生物质炭。

7、目前市场常见的生物质炭的制备方法为先烧炭，再通过加活化剂等水热方式去制造空隙结构，该方式下制备出来的生物质炭的比表面积通常在400～1000m2/g。

8、由于碳的形貌结构很难控制，尤其是生物质炭还涉及到需要造孔，现有的技术中，炭烧前与炭烧后的形状一般不会有太大的差异。通过采用上述技术方案，发明人在偶然中发现，控制特定的反应参数，将成碳物质微波提取后冷冻干燥，所得到的固体混合物竟然像泡沫一样。将该固体混合物进行灼烧碳化后所制得的生物质炭，在各方面的性能竟然都得到了不同幅度的提升！发明人猜测，是因为特殊的微波提取+冷冻干燥的工艺，使材料内部水分蒸发的过程的同时，成碳物质的原始结构没有收到破坏，形成了天然的三维烟雾状结构。

9、该特殊的物理结构赋予了成碳物质特殊的化学组成，进而使得生物质炭具有稳定的三维结构，比表面积可达到2000m2/g以上。

10、发明人将该特殊制得的生物质炭投入到污水处理池中使用，发现对于pbc废水中的cu、ni、cr等重金属离子具有优异的吸附效果。吸附了大量重金属的生物质炭在经过解吸后，又可以重新投入到污水池中利用，绿色环保，有效降低了处理污水重金属的成本，提高污水重金属的处理效果，适合在本领域中推广使用。

11、优选的，所述微波功率为40w；冷冻干燥的条件为-70～-80℃、20-26h；碳化处理的条件为850-950℃、50-80min。

12、通过采用上述技术方案，进一步限定冷冻干燥的温度及时间，并与其它工艺相互配合，有利于增加三维结构的稳定性，并增加疏松孔洞的数量，从而具有更高的比表面积，进一步提高污水重金属的吸附效果。

13、优选的，将所述泡沫状固体混合物碳化处理前，在85-110℃的氧气气氛中预加热处理10-60min，然后再转移至氮气气氛中进行碳化处理。

14、通过采用上述技术方案，预加热处理是在氧气气氛下加热，其目的是去除本体材料表面易被氧化的杂质，使后续得到的生物质炭外观更加干净整洁，降低杂质对碳的影响。

15、优选的，转移至所述氮气气氛后，保持升温速率4-6℃/min加热至碳化处理的温度。

16、理论上，升温速率慢，碳化效果会比较稳定。但是如果太慢会延长碳化时间，增加能耗；太快的话会导致杂质去除不完全，烟雾状结构被破坏，比表面积和孔隙度降低。

17、因此，发明人在实践中发现，在特定的升温速度下，碳化效果比较理想，能去除大部分的杂质。在能耗方面也达到了一个平衡点，适合在实际工业使用中推广。

18、优选的，所述食用菌菌糠在微波处理前，在室温下烘干处理24-60h。

19、烘干操作可以减少不必要的干扰，使实验数据更加严谨。

20、优选的，所述食用菌菌糠在微波处理前，粉碎过筛，目数为150-250。

21、如果颗粒过大，会降低微波提取时的多糖产率；如果太小，又会增加实际应用中能耗。为了增加微波提取效率，发明人选择了特定的过筛目数。

22、优选的，得到所述菌糠多糖混合物后，将其与亚铁溶液搅拌混合，然后再进行冷冻干燥。

23、通过采用上述技术方案，将菌糠多糖混合物与亚铁溶液混合，为所生成的生物质炭引入了亚铁离子。在生物质炭吸附重金属达到饱和后，利用磁性吸引即可以将生物质炭快速从污水中分离开来，便于将饱和的生物质炭回收，处理后又可以再次重复利用，大幅度降低污水处理的成本。

24、优选的，按体积份数，所述菌糠多糖混合物为45-55份，亚铁溶液为4-6份。

25、发明人发现，在本技术的体系中，亚铁溶液的添加量并不是越多越好。如果亚铁溶液的用量过多，会导致成碳物质表面呈现大量亚铁颗粒、堵塞部分空隙，并破坏烟雾状三维结构，降低比表面积与孔隙率。但是如果亚铁溶液添加量太少，又会导致生物质炭的磁吸分离效果不明显。

26、通过采用上述技术方案，进一步限定菌糠多糖混合物和亚铁溶液之间的用量比例，赋予菌糠多糖混合物适量的亚铁离子，不会引入过多的杂质。即保证了生物质炭的三维结构，又保证了其具有良好的磁吸效果，方便在实际污水处理中回收。

27、优选的，所述食用菌菌糠为废弃木耳菌糠。

28、通过采用上述技术方案，废弃木耳菌糠是食用菌栽培过程中产生的主要固体废弃物之一，属于农业废弃物，其主要由木屑组成，内部夹杂有大量食用菌菌丝。目前，废气木耳菌糠的处理方式多为焚烧或填埋处理，焚烧或填埋过程中极易对环境造成二次污染。本技术利用废弃木耳菌糠作为底物，大幅度降低了成本，减少了对环境的二次污染。废弃木耳菌糠既得到了活用，又制得了比表面积大幅度提升的生物质炭以除去污水重金属，一举多得。

29、第二方面，本技术提供一种适用于污水重金属吸附的生物质炭。

30、本发明所述的拥有高比表面积和三维空隙结构适用于污水重金属吸附的生物质炭，在无需添加任何活化剂的条件下，比表面积可达到2000m2/g以上，大幅优于传统方式制备的市售生物质炭等菌糠生物质炭，并且本技术所制得的生物质炭本身具有稳定的三维结构，在引入铁离子使其具有磁性后，可使其在使用后方便回收及在利用。在农业废弃物资源化应用、节能减排方面具有极高的市场应用前景。

31、综上所述，本技术具有以下有益效果：

32、1、由于本技术采用特殊的微波提取+冷冻干燥的工艺，使得成碳物质形成了特殊的物理结构，赋予了成碳物质特殊的化学组成，进而使得生物质炭具有稳定的三维结构，比表面积可达到2000m2/g以上。

33、2、将菌糠多糖混合物与亚铁溶液混合，为所生成的生物质炭引入了亚铁离子。在生物质炭吸附重金属达到饱和后，利用磁性吸引即可以将生物质炭快速从污水中分离开来，便于将饱和的生物质炭回收，处理后又可以再次重复利用，大幅度降低污水处理的成本。

34、3、本技术利用废弃木耳菌糠作为底物，大幅度降低了成本，减少了对环境的二次污染。废弃木耳菌糠既得到了活用，又制得了比表面积大幅度提升的生物质炭以除去污水重金属，一举多得。