浒苔水热液化制备生物炭的方法及制备的生物炭的应用与流程

本发明属于生物质综合利用和海洋环境污染治理领域，具体涉及一种浒苔水热液化生物炭，即由浒苔通过水热方法制备的炭，以及该水热生物炭用于脱除污染海水中的重金属。

背景技术：

随着经济的快速发展，采矿、机械制造、工业废水大量排放等过程导致近岸海域重金属污染日益严重。重金属污染与其他有机化合物的污染不同，重金属具有富集性，很难在环境中降解，并可通过食物链在生物体内蓄积。海洋重金属污染已成为全球性的环境污染问题，是海洋环境重要的监测项目之一，污染海域重金属的治理是关注的热点。但是海水的盐度较高，na⁺、mg²⁺、k⁺和ca²⁺等离子的浓度可能高于污染海域中的重金属离子浓度，传统的治理水体重金属污染方法难以奏效。

生物炭是生物有机材料(生物质)在缺氧或绝氧环境中，经高温热裂解后生成的固态产物。生物质的水热液化能获得液态的生物油和高附加值的化学品，同时也能获得含炭量高的固体残渣-水热液化生物炭，其也是一种附加值高的环境修复材料。生物炭目前被广泛应用在农业上，比如被用来土壤改良和土壤修复，因其原料来源广泛，生产成本低。生物炭作为一种优良的吸附剂也可用于吸附脱除水体环境的重金属，但现阶段生物炭在海水中重金属污染治理的应用有限。

近年来，由于气候变化以及水体富营养化等原因，沿海浒苔绿潮爆发频繁，破坏海洋生态系统的平衡。大量繁殖的浒苔同时给养殖业和旅游业带来严重不利影响。本发明选用浒苔作为原料，通过水热液化的方法制备生物油的同时，获得浒苔水热生物炭，可提供一种浒苔爆发后资源化综合利用的方法，制备的生物炭用于吸附去除介质复杂的海水中的重金属，对环境友好，不会造成二次污染，具有良好的应用价值。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种浒苔的资源化利用方法，通过水热液化的方法制备生物油的同时，获得浒苔水热生物炭，并将其用于脱除污染海水中的重金属，有效利用浒苔资源，实现对重金属污染水体的处理。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

浒苔水热液化制备生物炭的方法，以浒苔为原料，制备步骤如下：

(1)将浒苔原料80℃下烘干，使其含水率低于5％，然后粉碎，过100目筛子，获得浒苔粉末；

(2)将浒苔粉末放入反应釜中并加入去离子水，去离子水浸没浒苔粉，确保无氧环境，开启加热，温度由室温升高至350℃，升温速率为8℃/min，进行水热反应，350℃下恒温反应2h；

(3)水热反应产物过滤后，利用分析纯二氯甲烷、无水乙醇、去离子水和0.5mol/l盐酸清洗，在80℃下烘干后既制得浒苔水热生物炭。

进一步地，所述的浒苔水热液化制备生物炭的方法中，采用反应釜中通氮气确保水热反应过程中的无氧环境。

进一步地，所述的浒苔水热液化制备生物炭的方法中，水热反应过程中浒苔粉末与去离子水的质量体积比为1:10。

上述方法制备的浒苔水热生物炭，其颗粒粒径不大于0.3mm，元素分析结果显示c含量高于60％，o含量低于20％。

上述的浒苔水热生物炭的用途，用于吸附脱除污染海水中的重金属，如铜和铅。

上述的浒苔水热生物炭脱除污染海水中的重金属的方法，是在污染海水水体中投放浒苔水热生物炭，优选的浒苔水热生物炭的投放量为30g/l。

本发明的有益效果是：以浒苔为原料，充分利用浒苔资源，解决浒苔爆发所带来的环境问题，避免了废弃生物质导致的环境问题，对于“以废治废”具有十分重要意义；本发明原材料易于获得，制备成本低，水热生物炭具有相当的稳定性，吸附后可采用酸洗等办法解吸再生重复使用，对污染海水中重金属离子的吸附效果更好。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为浒苔水热生物炭的扫描电镜图；

图2为实施例2中不同浓度的浒苔水热生物炭对海水中cu、pb的去除效果曲线图；

图3为实施例3中浒苔水热生物炭对海水中cu、pb的吸附动力学变化曲线；

图4为实施例4中不同盐度对浒苔水热生物炭对海水中cu、pb的影响效果图；

图5为实施例5中浒苔水热生物炭对不同初始浓度的海水cu、pb溶液的吸附量变化曲线。

具体实施方式

本发明选用浒苔为原材料，通过水热液化的方法制备生物油的同时，获得浒苔水热生物炭，并将其用于脱除污染海水中的重金属。

下面结合实施例和附图说明对本发明做详细描述。

实施例1

浒苔水热液化制备生物炭的方法，以浒苔为原料，收集浒苔，浒苔是在青岛栈桥附近采集的新鲜浒苔，制备步骤如下：

(1)洗净后80℃下烘干24h，使其含水率低于5％，然后粉碎过100目筛子，获得浒苔粉末；

(2)将8g浒苔粉末放入反应釜中并加入80ml去离子水，反应釜密封后通n25min，确保釜内无氧环境，开启加热，温度从室温升高至350℃，升温速率为8℃/min，350℃下恒温保持2h；

(3)冷却后打开反应釜，反应产物过滤，利用分析纯二氯甲烷、无水乙醇、去离子水和0.5mol/l盐酸清洗，在80℃下烘干后既制得浒苔水热生物炭，保存备用。

如图1所示，采用电子扫描显微镜(sem)和元素分析仪对上述制备的浒苔水热生物炭进行表征分析，以说明浒苔水热生物炭的性状。

表1浒苔水热生物炭的元素组成

从如表1可以看出，浒苔水热生物炭的c元素含量超过60％，o元素含量低于20％。

实施例2

测试不同浓度的浒苔水热生物炭对海水中cu、pb的去除效果。

称取实施例1制备的浒苔水热生物炭0.15g、0.3g、0.6g、0.9g、1.2g，分别加入到cu和pb离子浓度为1mg/l的海水溶液中(30ml，盐度为35)，于室温(25℃)利用振荡器进行吸附反应，振荡时间为30min，震荡完毕后溶液经0.45μm滤膜过滤，采用icp-oes测定溶液中金属离子浓度。采用差减法计算浒苔水热生物炭的吸附量，进而计算去除率。

表2不同浓度的浒苔水热生物炭对海水中cu、pb的去除效果对比表

结果如表2和图2所示，随着水热生物炭用量的增加，重金属的去除率不断升高，炭用量为30g/l时，cu和pb的去除率分别达到92％和46％。

实施例3

测试浒苔水热生物炭对海水中cu、pb的吸附动力学变化。

称取实施例1制备的浒苔水热生物炭0.9g，加入到cu和pb离子浓度为1mg/l的150ml海水溶液中，海水溶液的盐度为35，于室温(25℃)利用振荡器进行吸附反应，分别振荡0、5、10、15、30、60min后过滤取样，采用icp-oes测定溶液中金属离子浓度。

表3浒苔水热生物炭对海水中cu、pb的吸附动力学变化对比表

由表3和图3可见，浒苔水热生物炭对重金属的吸附速率先增加后减缓，大约20min后达到吸附平衡。

实施例4

测试不同盐度对浒苔水热生物炭对海水中cu、pb的影响。

称取实施例1制备的浒苔水热生物炭0.9g，分别加入到cu和pb离子浓度为1mg/l的盐度为0、10、20、35的30ml海水溶液中，于室温(25℃)利用振荡器进行吸附反应，振荡30min后过滤取样，采用icp-oes测定溶液中金属离子浓度。

表4不同盐度对浒苔水热生物炭对海水中cu、pb的影响对比表

由表4和图4可见，浒苔水热生物炭对重金属的去除率随盐度的增加不断升高，由此可见，浒苔水热生物炭更适合用在海洋环境中。

实施例5

测试浒苔水热生物炭对不同初始浓度的海水cu、pb溶液的吸附量变化。

称取实施例1制备的浒苔水热生物炭0.9g，分别加入到盛有30mlcu和pb离子浓度分别为0.2mg/l、0.5mg/l、0.8mg/l、1mg/l、2mg/l、3mg/l、5mg/l、8mg/l的海水溶液中(盐度为35)，于室温(25℃)利用振荡器进行吸附反应，振荡30min后过滤取样，采用icp-oes测定溶液中金属离子浓度。

表5浒苔水热生物炭对不同初始浓度的海水cu、pb溶液的吸附量变化对比表

由表5和图5可见，随着重金属浓度的增加，水热生物炭的吸附量也不断增加。利用等温吸附方程计算出，当浒苔水热生物炭的用量为30g/l时，对cu和pb的最大吸附量分别为200μg/g和70μg/g。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。