本發(fā)明涉及環(huán)境污染治理領域，具體涉及一種生物炭-羥基磷灰石納米復合材料的制備方法。

背景技術(shù)：

生物炭是生物質(zhì)在缺氧或無氧條件下熱裂解得到的一類含炭的、穩(wěn)定的高度芳香化的新型環(huán)境功能材料，在修復重金屬污染的環(huán)境方面具有較大的應用潛力。生物炭天然的多孔結(jié)構(gòu)對有毒重金屬具有較強的吸附力，通過吸附固定作用使有毒物質(zhì)固定在炭的微孔表面上，從而降低這些污染物在土壤中的化學活性和毒性，達到長效地修復污染土壤的目的。生物炭施到土壤，從一定程度上還能增加土壤有機物質(zhì)、提高土壤肥力、使作物增產(chǎn)。

重金屬主要是指比重大于65的元素，如鉛-銅-鋅混合溶液等生物毒性較大的元素。隨著我國城市化和工業(yè)化進程的加速，有越來越多含重金屬離子的工業(yè)廢水不達標排放，對土壤和水體造成了嚴重污染。重金屬有不可降解的性質(zhì)，對重金屬污染的處理只能是改變其存在價態(tài)或者是化合物的種類。重金屬離子會通過食物鏈在生物體內(nèi)富集，并且毒性長期存在，極有可能對人身體健康和生態(tài)環(huán)境造成嚴重危害。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種生物炭-羥基磷灰石納米復合材料吸附鉛-銅-鋅混合溶液的方法。

為了解決上述技術(shù)的不足，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：一種生物炭-羥基磷灰石納米復合材料吸附鉛-銅-鋅混合溶液的方法，包括以下步驟：

(1)生物炭制備方法：炭化原材料水稻秸稈取自浙江省嘉興市海寧縣楊渡實驗基地，經(jīng)自來水洗凈、風干后置于塑封袋中備用；生物炭的燒制采用限氧控溫炭化法，原料水稻秸稈在500℃隔絕氧氣加熱3h，得到生物炭，自然冷卻至室溫后取出，將炭化產(chǎn)物放入80℃烘箱烘24h，研磨并過60目篩，轉(zhuǎn)入塑封袋中保存?zhèn)溆?，標記為BC；

(2)生物炭-羥基磷灰石納米復合材料制備：首先，稱取1.11g(0.1M)氯化鈣溶解于100mL去離子水中，加入1g水稻秸稈生物炭，制備成懸浮液A；其次，稱取0.792g(0.06M)的(NH₄)₂HPO₄溶解于100mL去離子水中制得溶液B，分別調(diào)節(jié)溶液A和溶液B的pH值至10，在攪拌調(diào)節(jié)下將溶液B勻速滴加入溶液A，攪拌24h后，經(jīng)離心、洗滌、干燥后待用，標記為HAP-BC；

(3)生物炭理化性質(zhì)表征：比表面積用BET法通過比表面積測定儀(Nova2000e)測定，生物炭的表面形貌和官能團結(jié)構(gòu)通過掃描電鏡(JEOL JSM-6700F)和紅外光譜儀(Nicolet iS10)進行分析，用X-射線衍射分析儀(Bruker D8Advance)對獲得的生物炭及生物炭-羥基磷灰石納米復合材料的物相進行表征；

(4)吸附實驗：以去離子水為溶劑配置1000mg/L的鉛-銅-鋅儲備液，避光保持，稱取50.0mg生物炭于錐形瓶中，分別加入50mL不同初始濃度的鉛-銅-鋅混合溶液，初始濃度分別為25、50、100、200、300、500、800、1000mg/L；除pH影響實驗，其余實驗均將溶液調(diào)節(jié)至6.0，混勻后放入搖床于25±0.5℃、120r·min^-1振蕩24h；pH影響實驗：50.0mg生物炭于錐形瓶中，加入不同初始pH值(2-6)的50mg/L的鉛-銅-鋅混合溶液，振蕩24h，鉛-銅-鋅混合溶液的pH值用HCl和NaOH調(diào)節(jié)，時間系列實驗：稱取50.0mg生物炭于錐形瓶中，加入50mg/L的鉛-銅-鋅混合溶液，分別振蕩不同時間：10、30、60、180、300、480、720、1440分鐘，結(jié)束后過0.45μm濾膜，采用等離子體原子發(fā)射光譜測定濾液中的鉛-銅-鋅濃度，計算吸附量(1)和去除率(2)：

式中：qe為吸附量(mg/g)；Co，Ce分別為吸附前后溶液的質(zhì)量濃度(mg/L)；V為溶液體積(mL)；W為生物炭質(zhì)量(mg)；U為去除率(％)。

由于以上技術(shù)方案的實施，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)勢：本發(fā)明以納米羥基磷灰石為中心物質(zhì)，水稻秸稈通過缺氧高溫碳化，制成用于吸附重金屬鉛-銅-鋅混合溶液的生物炭-羥基磷灰石納米復合材料。其特點主要在于磷基生物炭材料投加進入鉛-銅-鋅混合溶液后，鉛-銅-鋅被生物炭吸附，該材料性能穩(wěn)定，被生物炭包裹的納米級羥基磷灰石粉體釋放緩慢，能夠保持長期的有效性，且磷釋放量不大，不會造成水體富營養(yǎng)化。

附圖說明

圖1為生物炭(BC)和的X-射線衍射(XRD)譜圖和紅外譜圖(FT-IR)；

圖2為生物炭-羥基磷灰石納米復合材料(HAP-BC)的X-射線衍射(XRD)譜圖和紅外譜圖(FT-IR)；

圖3(a)和(b)分別為生物炭(BC)的掃描電子顯微照片(SEM)和電子衍射譜圖(EDX)；

圖3(c)和(d)分別為生物炭-羥基磷灰石納米復合材料(HAP-BC)的掃描電子顯微照片(SEM)和電子衍射譜圖(EDX)；

圖4(a)和(b)分別為生物炭(BC)的氮氣吸附解析等溫線和孔徑分布曲線；

圖4(c)和(d)分別為生物炭-羥基磷灰石納米復合材料(HAP-BC)的氮氣吸附解析等溫線和孔徑分布曲線；

圖5(a)和(b)分別為生物炭(BC)和生物炭-羥基磷灰石納米復合材料(HAP-BC)對單獨存在的Pb(II)、Cu(II)、Zn(II)初始濃度吸附量的影響；

圖6(a)和(b)分別為生物炭(BC)和生物炭-羥基磷灰石納米復合材料(HAP-BC)pH對Pb(II)-Cu(II)-Zn(II)三元體系去除率的影響；

圖7(a)和(b)分別為生物炭(BC)和生物炭-羥基磷灰石納米復合材料(HAP-BC)時間對Pb(II)-Cu(II)-Zn(II)三元體系去除率的影響；

圖8(a)和(b)分別為生物炭(BC)和生物炭-羥基磷灰石納米復合材料(HAP-BC)Pb(II)-Cu(II)-Zn(II)初始濃度的影響；

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例的離心裝置作進一步詳細的說明：

本發(fā)明為一種生物炭-羥基磷灰石納米復合材料吸附鉛-銅-鋅混合溶液的方法，包括以下步驟：

(1)生物炭制備方法：炭化原材料水稻秸稈取自浙江省嘉興市海寧縣楊渡實驗基地，經(jīng)自來水洗凈、風干后置于塑封袋中備用；生物炭的燒制采用限氧控溫炭化法，原料水稻秸稈在500℃隔絕氧氣加熱3h，得到生物炭，自然冷卻至室溫后取出，將炭化產(chǎn)物放入80℃烘箱烘24h，研磨并過60目篩，轉(zhuǎn)入塑封袋中保存?zhèn)溆茫瑯擞洖锽C；

(2)生物炭-羥基磷灰石納米復合材料制備：首先，稱取1.11g(0.1M)氯化鈣溶解于100mL去離子水中，加入1g水稻秸稈生物炭，制備成懸浮液A；其次，稱取0.792g(0.06M)的(NH₄)₂HPO₄溶解于100mL去離子水中制得溶液B，分別調(diào)節(jié)溶液A和溶液B的pH值至10，在攪拌調(diào)節(jié)下將溶液B勻速滴加入溶液A，攪拌24h后，經(jīng)離心、洗滌、干燥后待用，標記為HAP-BC；

(3)生物炭理化性質(zhì)表征：比表面積用BET法通過比表面積測定儀(Nova2000e)測定，生物炭的表面形貌和官能團結(jié)構(gòu)通過掃描電鏡(JEOL JSM-6700F)和紅外光譜儀(Nicolet iS10)進行分析，用X-射線衍射分析儀(Bruker D8 Advance)對獲得的生物炭及生物炭-羥基磷灰石納米復合材料的物相進行表征，見圖1、圖2、圖3(a)、(b)、(c)和(d)；

(4)吸附實驗：以去離子水為溶劑配置1000mg/L的鉛-銅-鋅儲備液，避光保持，稱取50.0mg生物炭于錐形瓶中，分別加入50mL不同初始濃度的鉛-銅-鋅混合溶液，初始濃度分別為25、50、100、200、300、500、800、1000mg/L，除pH影響實驗：其余實驗均將溶液調(diào)節(jié)至6.0，混勻后放入搖床于25±0.5℃、120r·min^-1振蕩24h，分別檢測吸附量值，實驗數(shù)據(jù)如圖5(a)、(b)所示；

pH影響實驗：50.0mg生物炭于錐形瓶中，加入不同初始pH值(2-6)的50mg/L的鉛-銅-鋅混合溶液，振蕩24h，鉛-銅-鋅混合溶液的pH值用HCl和NaOH調(diào)節(jié)；圖6(a)和(b)分別為生物炭(BC)和生物炭-羥基磷灰石納米復合材料(HAP-BC)pH對Pb(II)-Cu(II)-Zn(II)三元體系去除率的影響；

時間系列實驗：稱取50.0mg生物炭于錐形瓶中，加入50mg/L的鉛-銅-鋅混合溶液，分別振蕩不同時間：10、30、60、180、300、480、720、1440分鐘，結(jié)束后過0.45μm濾膜，采用等離子體原子發(fā)射光譜測定濾液中的鉛-銅-鋅濃度，計算吸附量(1)和去除率(2)：

式中：qe為吸附量(mg/g)；Co，Ce分別為吸附前后溶液的質(zhì)量濃度(mg/L)；V為溶液體積(mL)；W為生物炭質(zhì)量(mg)；U為去除率(％)。

表1為吸附等溫線模型：Pu(II)-Cu(II)-Zn(II)單獨體系Langmuir等溫方程和Freundlich等溫方程擬合等溫吸附模型參數(shù)

最后，應當指出，以上實施例僅是本發(fā)明較有代表性的例子。顯然，本發(fā)明的技術(shù)方案并不限于上述實施例，還可以有許多變形。本領域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導出或聯(lián)想到的所有變形，均應認為是本發(fā)明的保護范圍。