MnAl-Ca甘蔗渣生物炭的制备方法及应用

本发明涉及一种mnal-ca甘蔗渣生物炭的制备方法，利用甘蔗渣为主要材料，制备mnal-ca甘蔗渣生物炭，可用其治理水和土壤中的砷污染。

背景技术：

1、砷（as）是一种致癌性类金属元素，在地壳的丰度为5×10-6。人类和动物身上有极微量的砷元素，当砷浓度低于一定范围，对人体的健康危害不大，但一旦超出了它的正常代谢能力，就会对动物和人类产生巨大危害。

2、水体砷污染一直是不容忽视的环境问题之一。水体中砷污染主要来自人为因素和天然因素，其中天然因素主要是指砷矿物风化、水土流失等，但自然因素所起的作用相对有限；人为因素主要是工业废水排放、砷农药、富砷黄铁矿和含砷黄铁矿等含砷矿物的开采冶金等，导致水体和土壤砷污染。土壤中的砷通过“土壤-植物-人体”或“土壤-植物-动物-人体”等食物链进入人体后，会给人类健康造成很大危害；人体内砷含量达到60~300mg时，会导致死亡。因此，治理水体和土壤中的砷污染显得尤其重要。

3、目前，处理含砷废水的方法主要有生物修复法、离子交换法、膜过滤法、吸附法等。其中，离子交换法通常适合处理低浓度金属废水，对ph值敏感度要求高，树脂再生过程可能会导致二次污染，成本高。化学沉淀法通常适合处理高浓度金属废水，但化学沉淀法对沉淀剂的需求量大，成本高。吸附法操作简单，成本低，去除效果好，吸附剂可以循环使用，不会造成二次污染，被广泛使用于含砷废水处理。

4、生物炭（biochar, bc）是一种含碳材料，是农/林残留物和副产物以及城市废弃物等生物质原料通过热解获得，由于其物理、化学和结构特性，被用于重金属污染修复、土壤改良、促进植物生长等多个研究领域。由于生物炭具有高比表面积、丰富的孔隙体积和官能团等特点，因而，对水和土壤中的重金属具有一定的吸附能力。但是，对重金属的吸附主要是依靠静电作用，从而，对主要以含氧阴离子存在的砷的吸附能力有限。为了克服这个问题，将金属或金属氧化物负载到生物炭上，即对生物炭进行改性。fe3o4具有超顺磁性，在外加磁场作用下易于从水体系中分离出来，具有较好的砷离子去除性能。因此，将fe3o4负载到生物炭上，提高了生物炭对砷的去除效果，使生物炭复合材料易从水中通过磁性分离出来，有效地解决了吸附剂回收困难问题。

5、中国作为蔗糖生产大国，每年产生大量的甘蔗渣，对甘蔗渣进行资源化利用，不仅可以节约资源、保护环境。由于甘蔗渣中富含纤维素、木质素和半纤维素等物质，且含有的大量官能团对金属离子具有强亲和力，已证实能吸附和固定重金属。因此，以甘蔗渣作为主要原料，使用多种金属试剂作为改性剂，制备一种mnal-ca甘蔗渣生物炭复合材料，能够有效去除废水中的砷以及修复砷污染土壤，具有较为有利的发展前景及一定的实用意义。

技术实现思路

1、本发明的目的就是提供一种在常压下采用共沉淀法，以甘蔗渣为主要原料，以氯化铁，氯化铝，氯化锰和碳酸钙为辅助材料，制备mnal-ca甘蔗渣生物炭吸附剂。

2、为了克服现有的除砷吸附剂吸附容量低，吸附能力有限，固液分离困难，以及充分利用广西丰富的甘蔗渣资源。本发明提供一种治理砷污染材料——mnal-ca甘蔗渣生物炭的制备方法。由此方法制备获得的mnal-ca甘蔗渣生物炭材料含有fe3o4，具有超顺磁性，饱和磁化强度为0.551 emu/g，mnal-ca生物炭对as(v)的最大吸附量为47.77 mg/g。

3、具体步骤为：

4、（1）甘蔗渣晒干后，用自来水清洗五次，再用去离子水洗一次，于 80 ℃烘箱内烘干，万能粉碎机进行粉碎，过20目筛，备用。

5、（2）根据fe3+：al3+：mn2+的摩尔比为8：2：5，于烧杯中加入500~1000ml 氯化铁、氯化铝、氯化锰浓度分别为0.01~0.10 mol/l的混合溶液，用集热式磁力搅拌器在240~300 r/min下搅拌30~90 min。

6、（3）向步骤（2）所得混合溶液中加入30~60 g步骤（1）所得甘蔗渣，浸泡36~48 h。

7、（4）将步骤（3）所得产物滴加1~6 mol/l的氢氧化钠溶液，至溶液ph为9.5~11，静置分层，过滤，将沉淀物用超纯水清洗至ph达中性，随后将沉淀物移至烘箱80 ℃干燥24~48h。

8、（5）将步骤（4）所得产物加入3%~7%的碳酸钙粉末，混合均匀。

9、（6）将步骤（5）所得产物置于石英舟中，放入管式炉内，在氮气保护下以10 ℃/min的速率升高至400 ℃~600 ℃保持1~3 h，冷却至室温后取出，研磨，过100目筛，备用，得mnal-ca甘蔗渣生物炭吸附剂。

10、本发明工艺设备简单、条件易行，由于利用甘蔗渣为主要原材料，大大降低生产成本；复合材料具备较高的磁饱和强度，可以通过外加磁场的作用使复合材料从溶液中迅速分离；所制备的复合材料可广泛应用于工矿企业深度处理含砷废水工序和砷污染土壤修复。

技术特征：

1.一种mnal-ca甘蔗渣生物炭的制备方法，其特征在于，具体步骤为：

技术总结
本发明公开了一种MnAl‑Ca甘蔗渣生物炭的制备方法。（1）将甘蔗渣洗净，干燥，粉碎，过筛；（2）在含Fe<supgt;3+</supgt;、Al<supgt;3+</supgt;和Mn<supgt;2+</supgt;摩尔比为8：2：5混合溶液中加入步骤（1）所得甘蔗渣，搅拌，浸泡；（3）用NaOH溶液调节混合溶液pH值至9.5~11.0，静置、过滤、洗涤、干燥；（4）在步骤（3）所得产物中加入CaCO<subgt;3</subgt;，放入管式炉中炭化，过筛，得MnAl‑Ca甘蔗渣生物炭。本发明工艺设备简单，成本低；所得MnAl‑Ca甘蔗渣生物炭可广泛应用于工矿企业深度处理含砷废水工序和固定砷污染土壤中有效态砷。

技术研发人员：梁美娜,吴仔朦,王敦球,唐紫玲,徐泽靖,张立浩
受保护的技术使用者：桂林理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19