一种生物炭负载纳米零价铁制备方法及含铬废水处理系统

本发明涉及含铬废水处理，具体涉及一种生物炭负载纳米零价铁制备方法及含铬废水处理系统，尤其是涉及将生物炭负载纳米零价铁用于处理含铬废水，并结合人造铬铁矿回收利用系统的方法。该系统可实现工业化生产，不仅能去除含铬废水中的重金属铬，还能回收利用含铬的铁磁性废渣。

背景技术：

1、近年来，随着电镀、钢铁冶炼、化工生产等行业的兴起，大量的含铬废水被排放至环境中，对环境和人类健康造成了严重威胁。为了解决这一问题，各种技术和方法被广泛应用于含铬废水处理领域。常见的处理方法包括化学沉淀、离子交换、膜分离、生物降解等。然而，传统的处理方法存在一些局限性。例如，化学沉淀处理会产生大量的污泥，需要进一步处理和处置等。为了改善含铬废水处理效果，纳米级材料等新兴技术被引入。纳米材料具有较大的比表面积和特殊的吸附性能，可以高效地吸附和去除废水中的铬离子，提高含铬废水处理效果。

2、纳米零价铁作为一种新型环保型纳米材料，具有粒径小、反应活性强、比表面积大等优点，被广泛应用于去除废水中的各种重金属。但纳米零价铁在处理污染物时，在磁力、静电引力和范德华力的作用下，容易团聚形成大颗粒或链状结构易氧化和团聚，极大的降低了重金属的去除效率。因此制备稳定、分散、环保的负载纳米零价铁材料尤为重要。

3、诸多学者对此进行了研究，如weng等使用膨润土负载纳米零价铁对废水中的铜吸附催化降解，其60min后的降解效率达到96％以上，较未负载型的纳米零价铁降解效率提高了70％。郭阳利用玉米秸秆生物炭负载纳米零价铁去除重金属污染的废水，其中，在35℃下cr(ⅵ)的去除率高达98％。由此可见，对于生物炭负载纳米零价铁去除重金属污染的废水具有很好的借鉴价值。

4、稻壳生物炭来源广泛、成本低廉，但是经过稻壳生物炭负载纳米零价铁处理含铬废水后，其固液混合液中的固体仍含有大量吸附铬的固体，这是因为稻壳生物炭负载纳米零价铁对废水中铬离子的吸附作用并非完全可逆的现象。而吸附铬离子的固体对环境易造成二次污染。

技术实现思路

1、1.发明要解决的技术问题

2、本发明提供了一种生物炭负载纳米零价铁制备方法，克服了纳米零价铁易氧化、团聚成块的问题，以及对含铬废水中的重金属铬进行去除，能使含铬废水指标达到排放标准(总铬≤0.5mg/l，六价铬≤0.1mg/l)，有效地解决了技术背景中存在的问题。本发明还提供了一种低成本的含铬废水回收利用系统，利用系统中的磁选单元将含铬的铁磁性废渣分离出，并制得人造铬铁矿，实现固体废渣的再次利用，避免对环境产生二次污染。

3、2.技术方案

4、为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

5、本发明的一种生物炭负载纳米零价铁制备方法，具体包括以下步骤：

6、s1、在高纯n2保护下，经脱氧过后的纯净水分别加入至盛有七水合硫酸亚铁和硼氢化钠容器中，搅拌溶解，分别制得feso4·7h2o溶液和nabh4溶液；

7、s2、将nabh4溶液加入到feso4·7h2o溶液中，持续曝气搅拌，出现黑色悬浊液，制得纳米零价铁；

8、s3、将由稻壳制得的生物炭，适量加入到步骤s2的溶液中，搅拌混合，让稻壳生物炭充分负载到纳米零价铁，即得稻壳生物炭负载纳米零价铁。

9、更进一步地，步骤s3中将稻壳生物炭用研磨机研磨成粉末，过60-100目筛，粒径<150μm，与feso4·7h2o等量加入到步骤s2的溶液中，将溶液调节至ph为4.0。

10、更进一步地，步骤s1中，nabh4溶液通过恒压滴液漏斗，以150滴～200滴/秒的速度加入到feso4·7h2o溶液。

11、本发明的一种含铬废水处理系统，包括自动控制单元、原料制备单元、酸液储存单元，还原反应池、含铬废水池、一级处理池、二级处理池、含铬检测池、沉淀池、回收池；

12、所述自动控制单元连接原料制备单元、酸液储存单元，原料制备单元与还原反应池通过管道连接，酸液储存单元与还原反应池、含铬废水池通过管道连接；

13、还原反应池和一级处理池、二级处理池通过管道连通；含铬废水池与一级处理池通过管道连通；二级处理池与含铬检测池通过管道连通，含铬检测池同时连通沉淀池，沉淀池与回收池通过出水口连通。

14、更进一步地，所述的还原反应池和一级处理池、二级处理池连接的管道上设置第一泵体，该第一泵体采用气泵，如权利要求1-3任一项制备的稻壳生物炭负载纳米零价铁通过气泵，以气吹的方式分别输入到一级处理池和二级处理池中。

15、更进一步地，所述的一级处理池和二级处理池之间设置缓冲池，该缓冲池连接一级处理池的一端设置自动抽插挡板。

16、更进一步地，所述缓冲池内设置膜孔径范围为0.1-0.45μm的滤膜。

17、更进一步地，所述自动控制单元设置plc控制器，所述还原反应池和含铬废水池设置ph监测装置，plc控制器电性连接监测装置；所述含铬废水池设置orp探头，该orp探头控制加还原剂量。

18、更进一步地，所述的沉淀池底部设置有磁选器。

19、更进一步地，所述的含铬废水池与一级处理池的连通管道上设置抽吸泵，含铬检测池与二级处理池的连通管道上设置应急回流泵。

20、3.有益效果

21、采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

22、(1)稻壳生物炭来源广泛、成本低廉，具有较高的比表面积、丰富的官能团和更强的吸附多孔结构，本发明将纳米零价铁负载在稻壳生物炭表面，有效的防止了传统纳米零价铁团聚成块的现象，具有吸附效果好等优点。

23、(2)本发明所制备的稻壳生物炭负载纳米零价铁，具有孔隙大小均匀、活性位点多、成本低、操作方便、不易团聚、去除率高等优势。

24、(3)本发明利用稻壳生物炭负载纳米零价铁进行两级处理含铬废水，工艺流程简单、操作方便，自动化程度高，可以实现对含铬废水的高效去除，处理过后的含铬废水中的铬含量远远低于国家标准且无二次污染的产生，适合大量投入工业化生产。

25、(4)本发明提供的稻壳生物炭负载纳米零价铁对含铬废水的处理与回收利用系统中的磁选单元用于将含铬的铁磁性废渣分离出，制得人造铬铁矿，克服了市面上仅仅将含铬废水处理达到排放标准，而未能回收再利用重金属铬的缺陷，实现了从废物中提取有价值资源的目标。可实现工业化生产，具有广阔的应用前景和经济价值。

技术特征：

1.一种生物炭负载纳米零价铁制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种生物炭负载纳米零价铁制备方法，其特征在于：步骤s3中将稻壳生物炭用研磨机研磨成粉末，过60-100目筛，粒径<150μm，与feso4·7h2o等量加入到步骤s2的溶液中，将溶液调节至ph为4.0。

3.根据权利要求2所述的一种生物炭负载纳米零价铁制备方法，其特征在于：步骤s1中，nabh4溶液通过恒压滴液漏斗，以150滴～200滴/秒的速度加入到feso4·7h2o溶液。

4.一种含铬废水处理系统，其特征在于：包括自动控制单元、原料制备单元、酸液储存单元，还原反应池、含铬废水池、一级处理池、二级处理池、含铬检测池、沉淀池、回收池；

5.根据权利要求4所述的一种含铬废水处理系统，其特征在于：所述的还原反应池和一级处理池、二级处理池连接的管道上设置第一泵体，该第一泵体采用气泵，如权利要求1-3任一项制备的稻壳生物炭负载纳米零价铁通过气泵，以气吹的方式分别输入到一级处理池和二级处理池中。

6.根据权利要求5所述的一种含铬废水处理系统，其特征在于：所述的一级处理池和二级处理池之间设置缓冲池，该缓冲池连接一级处理池的一端设置自动抽插挡板。

7.根据权利要求6所述的一种含铬废水处理系统，其特征在于：所述缓冲池内设置膜孔径范围为0.1-0.45μm的滤膜。

8.根据权利要求7所述的一种含铬废水处理系统，其特征在于：所述自动控制单元设置plc控制器，所述还原反应池和含铬废水池设置ph监测装置，plc控制器电性连接监测装置；所述含铬废水池设置orp探头，该orp探头控制加还原剂量。

9.根据权利要求4-8任一项所述的一种含铬废水处理系统，其特征在于：所述的沉淀池底部设置有磁选器。

10.根据权利要求9所述的一种含铬废水处理系统，其特征在于：所述的含铬废水池与一级处理池的连通管道上设置抽吸泵，含铬检测池与二级处理池的连通管道上设置应急回流泵。

技术总结
本发明公开了一种生物炭负载纳米零价铁制备方法及含铬废水处理系统，属于含铬废水处理技术领域。本发明以稻壳生物炭为载体负载纳米零价铁，并利用负载型纳米零价铁进行两级处理含铬废水，实现对含铬废水的达标排放以及对固体废弃物的高效回收利用。首先，利用制备的负载型纳米零价铁对含铬废水进行处理，将其中的铬离子转化为无害的形态或沉淀物。接着，通过磁选单元分离处理后含铬的铁磁性废渣，利用还原冶炼技术经过精炼和熔炼处理，得到人造铬铁矿。制备的人造铬铁矿可以直接用于生产不锈钢、合金钢、耐火材料等工业产品，实现了对废水中含铬物质的综合利用。

技术研发人员：李灿华,杨旭荣,马文青,李明晖,李家茂,丁亚荣,韦书贤,朱伟长,黄贞益
受保护的技术使用者：安徽工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15