能安全吸附水體中鎘的生物炭的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種生物炭材料的制備，屬生物質(zhì)資源利用技術(shù)領(lǐng)域。特別涉及一種 能安全吸附水體中鎘的生物炭材料及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著當(dāng)今工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，重金屬通過(guò)礦山開(kāi)采、金屬冶煉、化工生產(chǎn)廢水 以及農(nóng)藥化肥的使用和生活垃圾等多種途徑進(jìn)入水體，造成了日趨嚴(yán)重的水體重金屬污 染。此外，重金屬污染還具有隱蔽性、長(zhǎng)期性和不可逆性等特點(diǎn)，且能通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體 從而危害人類的生命健康，這使得水體重金屬污染成為亟待解決的社會(huì)問(wèn)題。其中，鎘污染 自日本"骨痛病"事件后受到人們的高度關(guān)注。目前，水體中重金屬污染的治理方式主要有 化學(xué)沉淀法、離子樹(shù)脂交換法、反滲透法、膜分離法和吸附法等。其中吸附法因其高效、低廉 和易于操作以及環(huán)境擾動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。
[0003] 生物炭是由生物質(zhì)在缺氧條件下經(jīng)過(guò)高溫?zé)峤猱a(chǎn)生的一種穩(wěn)定的高度芳香化且 富含碳素的固態(tài)物質(zhì)，因具有發(fā)育良好的孔隙結(jié)構(gòu)和較大的比表面積，加之制備原料來(lái)源 廣泛且成本低廉，使其成為一種新型吸附材料在環(huán)境領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。
[0004] 目前，水處理中采用的重金屬吸附劑主要是活性炭吸附劑和有機(jī)改性材料。而當(dāng) 今用作吸附劑的活性炭為獲得較高的比表面積多采用化學(xué)活化法，且在活化后需要用酸反 復(fù)清洗，不僅工藝繁瑣、成本較高而且會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定的次生污染。CN103949214A公 布了一種以中藥渣為原料的重金屬吸附活性炭制備方法，該方法制備的吸附劑是將中藥渣 按根莖殘?jiān)|(zhì)量百分含量分類后經(jīng)高溫炭化及水蒸汽活化，再混合后與過(guò)氧化氫進(jìn)行氧化 反應(yīng)，然后經(jīng)甲基丙烯酸進(jìn)行改性及利用交聯(lián)劑固化，最后烘干、粉碎制備而得。工藝較 為繁瑣，且制備過(guò)程消耗大量有機(jī)試劑，大大增加了生產(chǎn)成本，且對(duì)環(huán)境有一定危害。CN 104150480A公布了一種吸附重金屬用超高比表面積活性炭的制備方法，該方法將生物質(zhì)原 料干燥、粉碎至60?100目后放入微波反應(yīng)器中，通入N2，控制微波功率為1000W?2000W、 碳化溫度300?500°C進(jìn)行微波碳化；微波碳化后，冷卻至室溫得炭化料，取炭化料與有機(jī) 醇鹽活化劑按1:1?10的質(zhì)量比研磨混合均勻后，放入氣氛爐中以5?50°C/min的速率 升溫至800?1000°C并保溫100?300min，冷卻至室溫取出，經(jīng)鹽酸洗后，再水洗至中性， 干燥，即得活性炭。該制備方式同樣是工藝復(fù)雜，造價(jià)高昂，不適于大面積推廣。此外，化學(xué) 改性的活性炭雖然可以運(yùn)用于工業(yè)污水處理重金屬，但不能運(yùn)用于飲用水體、水庫(kù)上游等 處的飲用水重金屬的吸附，容易造成二次污染。
[0005] 因此，如何制備一種環(huán)保、高效且成本低廉的重金屬且對(duì)水體中鎘具有良好吸附 性能的吸附劑顯得尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能安全吸附水體中鎘的生物炭的制備方法。 本發(fā)明克服了現(xiàn)有吸附技術(shù)治理重金屬污水過(guò)程中吸附效率不高、易導(dǎo)致二次污染和成本 較高這三大問(wèn)題。
[0007] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種能安全吸附水體中鎘的生物質(zhì)炭的制備 方法，包括以下步驟：
[0008] 1)、將收割后的象草除雜后風(fēng)干，然后依次進(jìn)行粉碎、烘干；
[0009] 2)、粉碎烘干后的象草放入炭化爐內(nèi)，然后以4?6°C/min(較佳為5°C/min)的 速率升溫至480?520°C(較佳為500°C)進(jìn)行隔氧炭化反應(yīng)，保溫反應(yīng)1. 8?2. 2h(較佳 為 2h);
[0010] 3)、將步驟2)所得的炭化后象草冷卻至室溫，粉碎過(guò)篩，得生物質(zhì)炭（能安全吸附 水體中鎘的生物質(zhì)炭）。
[0011] 作為本發(fā)明的生物質(zhì)炭的制備方法的改進(jìn)：
[0012] 步驟2)中，在隔氧炭化反應(yīng)的過(guò)程中通入氮?dú)馐固炕癄t腔內(nèi)的壓力維持在 0? 04 ?0? 06MPa(較佳為 0? 05Mpa)。
[0013] 作為本發(fā)明的生物質(zhì)炭的制備方法的進(jìn)一步改進(jìn)：
[0014] 步驟1)中，
[0015] 風(fēng)干后的象草含水量為10%?20% (質(zhì)量％ );
[0016] 粉碎至粒徑< 10mm;
[0017] 于 90 ?105°C烘干 2. 5 ?3h。
[0018] 作為本發(fā)明的生物質(zhì)炭的制備方法的進(jìn)一步改進(jìn)：
[0019] 所述步驟3)中粉碎過(guò)篩的孔徑為60?100目。
[0020] 本發(fā)明還同時(shí)提供了上述方法制備而得的生物質(zhì)炭的用途：作為水體中重金屬鎘 吸附劑。
[0021] 備注說(shuō)明：
[0022] 步驟1)的風(fēng)干時(shí)間約為一周。
[0023] 步驟2)中，炭化爐例如可選用可移動(dòng)的箱式電阻氣氛保護(hù)爐。
[0024] 象草（PennisetumpurpureumSchum)，別名：紫狼尾草，禾本科、黍族多年生叢生 大型草本植物。原產(chǎn)非洲，引入中國(guó)后作為一種水體修復(fù)植物廣泛生長(zhǎng)于自然和人工濕地 中。收割后的象草一般作廢棄處理，沒(méi)有實(shí)用價(jià)值。
[0025] 本發(fā)明相對(duì)于上述現(xiàn)有技術(shù)具體如下技術(shù)優(yōu)勢(shì)：
[0026] 1、對(duì)比文件采用的是微波炭化法，對(duì)設(shè)備的配制要求高；而本發(fā)明在本發(fā)明所設(shè) 定的工藝條件下，只需常規(guī)的炭化爐即可；
[0027] 2、對(duì)比文件操作步驟繁瑣且耗費(fèi)了大量能源增加了成本但是對(duì)重金屬的去除效 率不可能有很大提升，而且由于添加了有機(jī)醇鹽并不能用于飲用水源的重金屬吸附；而本 發(fā)明在本發(fā)明所設(shè)定的工藝條件下，既能保證高效安全吸附水體中鎘、又避免了有機(jī)醇鹽 的使用。
[0028] 相對(duì)于現(xiàn)有的重金屬離子吸附劑的制備技術(shù)，本發(fā)明的有益效果在于：
[0029] (1)本發(fā)明解決了水體富營(yíng)養(yǎng)化修復(fù)植物廢棄物處理的問(wèn)題，變廢為寶，將廢棄物 制成生物炭進(jìn)行進(jìn)一步利用，有效地防止了二次污染。
[0030] (2)本發(fā)明不僅解決了以往活性炭?jī)艋w中可能產(chǎn)生二次污染的問(wèn)題，而且材 料易得，制作工藝簡(jiǎn)潔，生產(chǎn)成本低廉。
[0031] (3)本發(fā)明制備得到的重金屬吸附劑對(duì)水體中重金屬吸附量大，去除效率很高； 其對(duì)飲用水源小流域中重金屬去除效率在97%以上；因此具有較高的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。[0032] 綜上所述，本發(fā)明利用象草廢棄物制備而得的生物質(zhì)炭，可直接運(yùn)用到水體凈化 去除鎘的過(guò)程中。本發(fā)明克服了現(xiàn)有吸附技術(shù)治理重金屬污水過(guò)程中吸附效率不高、易導(dǎo) 致二次污染和成本較高這三大問(wèn)題；同時(shí)對(duì)植物廢棄物中碳素進(jìn)行了穩(wěn)定封存，減少了二 氧化碳排放，具有顯著的生態(tài)效益。
【附圖說(shuō)明】
[0033] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0034] 圖1為本發(fā)明制備的象草生物