一种利用玉米秸秆制备的生物炭去除水体中铬的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种利用玉米秸杆制备的生物炭去除水体中铬的方法，应用于环境工程领域。
【背景技术】
[0002]目前我国水体重金属污染十分严重，而重金属水体污染中铬首当其冲。铬污染主要来源于冶金、电镀、印染等相关行业排放的含铬废水，水体中的铬尤其是六价铬，具有很大的毒性，能在人体和动物体内长期蓄积，对人体产生长远的不利影响，因此人们将六价铬列为重点防治的对象。水体中的铬的去除方法主要有:化学沉淀法、膜分离法、电化学氧化法、生物法、吸附法等，这些方法大都工艺复杂、成本高、易产生二次污染。使用活性炭吸附，使用条件简单、吸附效果优异，被广泛的应用于水体中重金属的去除，虽然活性炭的吸附效果很好，但价格昂贵、制备条件复杂。因此急需一种原料来源广泛、制备工艺简单、成本低廉的吸附材料来替代原来的活性炭材料。
[0003]采用玉米秸杆制备吸附材料去除水体中的重金属，受到越来越多的关注，玉米秸杆是一种农业废弃物，其来源广泛且价格低廉可再生，同时对水体中的重金属有较好的吸附效果，采用玉米秸杆制备吸附材料，不仅有助于农业废弃物的减量化、资源化，还可降低吸附材料的成本。传统厌氧条件下或者氮气气氛下热解得到的生物炭对于六价铬去除存在投加量大、吸附效果差等缺点，因此，开发一种反应速率快、去除效果好、简单易行的六价铬去除制备工艺，对水环境污染治理具有十分重要的意义。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中存在的含铬废水处理的缺陷，本发明目的在于提供一种利用玉米秸杆制备的生物炭去除水体中铬的方法，该方法制备的生物炭对水体中铬的吸附量高，生产成本低，能实现农业秸杆资源利用最大化。
[0005]为达到上述发明目的，本发明的构思是:在二氧化碳氛围下慢速热解玉米秸杆来制备生物炭，而后将生物质炭与含六价铬废水以一定比例混合调节反应条件来去除水体中的六价铬；与传统的氮气氛围或者其它缺氧条件相比二氧化碳氛围改变裂解反应的活化能，加快玉米秸杆炭化的速率，提高生物炭表面的官能团数量；高温条件下，二氧化碳与生物炭以及其它的热解产物发生反应；改变了生物炭的孔隙结构和提高生物炭比表面积，同时抑制了生物炭内部无机矿物组分的分解，进而提高生物炭对废水中的六价铬的去除效率。
[0006]本发明一种利用玉米秸杆制备的生物炭去除水体中铬的方法，其具体步骤为:
(1).将玉米秸杆用水清洗，除去表面附着的污垢，然后将玉米秸杆风干，剪切成4?8cm左右的小段，后置于烘箱内，温度为60 °C，烘干时间为48h，再粉碎后过筛100目筛，得到过筛的玉米秸杆粉；
(2).称取上述步骤(I)中制备的过筛的玉米秸杆粉，放入管式热解炉中，以80?100mL/min流量通入二氧化碳作为反应氛围，以10±0.5°C/min的升温速率从室温升至100°C，停留30 min，然后以10±0.5°C/min的速率加热至300?700 °C恒温碳化2 h，而后以10 ± 0.5°C/min 的速率升至 800 0C 停留 20min ；
(3).通过管式热解炉反应后，自然冷却降至室温取出热解后的生物质炭，密封保存；
(4).用上述生物质炭去除水体中铬，其操作步骤为:
(4-1).将玉米秸杆制备的生物炭与含六价铬溶液以固液比为1:1000 (每100ml的络溶液添加Ig玉米稻杆生物炭)进行混合，用0.05mol/L的盐酸调节pH至2±0.05，在25±0.5°C的条件下，以180rpm/min振荡反应72h，提取上清液；
(4-2).反应结束后，用0.45um的醋酸纤维滤膜过滤上清液。
[0007]本发明的方法利用玉米秸杆制备的生物炭具有投加量少、成本低、效果好等特点，且吸附铬以后的玉米秸杆生物炭是比较稳定的，其吸附的铬不会轻易脱附再次进入水体。
【具体实施方式】
[0008]现将本发明的实施例具体叙述于后。
[0009]实施例一:
本实施例的主要过程如下:
(1).将制备的玉米秸杆生物炭与100mg/L的六价铬溶液以1:1000的固液比(每100ml的络溶液添加Ig玉米稻杆生物炭)进行混合，用0.05mol/L的盐酸调节pH，使pH值为2±0.05，在25±0.5°C的条件下，以180rpm/min振荡反应72h ；
(2).反应结束后，用0.45um的醋酸纤维滤膜过滤上清液。
[0010](3).采用显色剂二苯碳酰二肼的分光光度法检测溶液中的六价铬浓度，其测定的结果分别为:
在二氧化碳氛围下500 °(:炭化再活化制得的玉米秸杆制备的生物炭对溶液中六价铬的去除效率为98.87% ；
在二氧化碳氛围下300°C炭化制备的玉米秸杆生物炭对溶液中六价铬的去除效率为77.54% ；
在二氧化碳氛围下700°C再活化制备的玉米秸杆生物炭对溶液中六价铬的去除效率为88.65% ；
传统氮气氛围下制备的玉米秸杆生物炭对溶液中的六价铬的去除率最高为80.55%。
[0011]实施例二:
本实施例一与实施例二不同之处在于，将上述实施例中的六价铬换成三价铬其它条件不变，具体如下:
(1).将制备的玉米秸杆生物炭与100mg/L的三价铬溶液以1:1000的固液比(每100ml的络溶液添加Ig玉米稻杆生物炭)进行混合，用0.05mol/L的盐酸调节pH，使pH值为2±0.05，在25 ±0.5°C的条件下，以180rpm/min振荡反应72h ；
(2).反应结束后用0.45um的醋酸纤维滤膜过滤上清液；
(3).采用氧化剂高锰酸钾和显色剂二苯碳酰二肼的分光光度法检测溶液中的总铬浓度，其测定的结果为:在二氧化碳氛围下500 0C炭化再活化制得的玉米秸杆制备的生物炭对溶液中三价铬的去除效率为67%。
[0012]由上述实施例一、实施例二的测试结果表明，本发明的一种利用玉米秸杆制备的生物炭对六价铬的去除效率高于三价铬价铬的去除效率，同时表明对含重金属铬水体污染中具有很好的去除能力。
【主权项】
1.一种利用玉米秸杆制备的生物炭去除水体中铬的方法，其特征在于，该方法具体步骤如下: 将玉米秸杆用水清洗，除去表面附着的污垢，然后将玉米秸杆风干，剪切成4?8cm左右的小段，后置于烘箱内，温度为60 °C，烘干时间为48h，粉碎后并过100目筛，得到过筛的玉米秸杆粉； 称取上述步骤(I)中制备的玉米稻杆粉，放入管式热解炉中，以80?100 mL/min流量通入二氧化碳作为反应氛围，以10±0.5°C/min的升温速率从室温升至100 °C，停留30min，然后以10 ± 0.5°C/min的速率加热至300?700 °C恒温碳化2 h，而后以10±0.5 0C/min的速率升至800 0C停留20min ； (3).通过管式热解炉反应后，自然冷却降至室温取出热解后的生物质炭，密封保存； 用上述生物质炭去除水体中铬，其操作步骤为: (4-1).采用制备好的玉米秸杆生物炭与含六价铬溶液以固液比为1:1000进行混合，用0.05mol/L的盐酸调节pH至2±0.05，在25±0.5 0C的条件下，以180rpm/min振荡反应72h ； (4-2).反应结束后，用0.45um的醋酸纤维滤膜过滤上清液。
【专利摘要】本发明公开了一种利用玉米秸秆制备的生物炭去除水体中铬的方法，具体实施步骤如下：将玉米秸秆水洗、干燥、粉碎，过100目筛，置于管式炉中，以80～100？mL/min流量通入的二氧化碳作为反应氛围，以10±0.5oC/min的升温速率加热至500oC，并停留2h；而后以10？±0.5oC/min的速率升至800？oC停留20min；调节含铬废水的初始pH值为2±0.05；向含铬废水中加入玉米秸秆生物炭；其中，生物炭的投加量为1g/L，含铬废水初始浓度为100mg？/L，反应时间为72h。本发明的方法制备的生物炭，不仅有效的去除了水体中铬，且吸附铬以后的玉秸秆生物炭是比较稳定的，其吸附的铬不会轻易脱附，再次进入水体，生产成本低，还能实现了农业秸秆的资源利用最大化。
【IPC分类】B01J20/30, B01J20/20, C02F1/62, C02F1/28
【公开号】CN105126754
【申请号】CN201510555315
【发明人】牛可, 李健, 马显龙, 李虬, 刘强, 钱光人
【申请人】上海大学
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年9月2日