[发明专利]一种磁性生物碳吸附材料的制备方法及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及农副产品废物的二次资源化利用，尤其涉及一种磁性生物碳吸附材料的制备方法及其用途。

背景技术

随着现代工农业生产废污水和生活污水的大量排放，水环境污染日益严重，其中水体富营养化和难降解有机物污染(如多环芳烃、多氯联苯、芳香硝基化合物)问题，已成为我国水污染防关注的焦点。

生物炭是一种由生物质(如稻草、果皮、木屑、玉米芯)不完全燃烧产生的含碳产物。由于对有机污染物同时具有大容量的分配作用和强的表面吸附作用，生物炭可作为一种廉价吸附剂用于有机废水处理，特别适合于饮用水中微量持久性有机污染物的吸附处理(CN 101234331A)。然而，生物炭及其它粉状吸附剂(如活性碳)在吸附去除污染物后往往难以分离回收，容易造成资源浪费和二次污染。此外，单纯的生物炭对磷酸盐等富营养污染物几乎没有去除效果。将具有磁性并能有效地吸附磷酸根的磁性介质引入生物炭，有望制备出一种既能有效吸附去除有机污染物和磷酸盐、又能通过磁分离技术实现其快速有效分离的新型磁性生物炭吸附材料。

符合上述要求的磁性介质主要是铁酸盐型磁性材料，如Fe₃O₄、CuFe₂O₄、MnFe₂O₄等。然而，目前制备的磁性碳材料，如MFe₂O₄-活性碳(M＝Fe、Cu)、Fe-多壁碳纳米管、γ-Fe₂O₃-多壁碳纳米管等，都是通过化学沉淀将上述磁性介质沉积于吸附剂表面制成的，磁性介质容易脱离，结构不够稳定。而且制备过程都是对已商品化或成品化的吸附剂(如活性碳、多壁碳纳米管)进行后续的赋磁处理，增加了成本。

本发明制备的磁性生物碳质材料直接以来源丰富的农业废弃生物质(如稻草、果皮、木屑、玉米芯等)为原料，通过添加亚铁盐、铁盐后采用沉淀-炭化的方法在合成磁性Fe₃O₄的同时，制备了生物炭吸附剂；而且该磁性材料结构特殊，由生物碳质包裹或镶嵌磁性纳米Fe₃O₄颗粒构成，存在稳定，能有效地去除废水中的有机污染物和磷酸盐，并实现磁分离。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种磁性生物碳吸附材料的制备方法及其用途。

磁性生物碳吸附材料的制备方法包括如下步骤：

1)干燥、粉碎废弃生物质，过筛20-100目；

2)将过筛生物质投加到0.1-0.5mol/L铁盐溶液中，生物质的重量百分含量为总量的1-10％，在搅拌下滴加3-6mol/L NaOH溶液至溶液pH至9-10；

3)固体沉淀经过滤、干燥、压实后，在100-700℃下限氧炭化1-5h，得到磁性生物炭吸附剂。

所述的废弃生物质为废弃果皮、农业秸秆、稻壳、花生壳、松针、木屑、树皮、树木枯枝、玉米芯或废弃茶叶。生物质的重量百分含量优选为总量的2-10％。

铁盐溶液是亚铁离子和三价铁离子的混合溶液，混合溶液中Fe²⁺∶Fe³⁺的摩尔比为1∶2～2∶1。炭化温度优选为100-700℃，炭化时间优选为1-5h。

磁性生物碳吸附材料用于去除废水中的有机污染物和磷酸根。

所述的磁性生物碳吸附材料的投加质量与废水体积比例为1∶1000-1∶10000g/mL。有机污染物为硝基类化合物、酚类化合物、胺类化合物、多环芳烃、多氯联苯、二恶英、有机氯农药及其降解中间产物。

本发明实现了吸附材料制备和赋磁过程的同步化，制备流程简单，原料生物质来源丰富、成本低廉；制得的磁性吸附剂由生物炭包裹或镶嵌磁性纳米Fe₃O₄颗粒构成，结构特殊，存在稳定，能有效地去除废水中的有机污染物和磷酸盐，并易于磁分离。

附图说明

附图是磁性生物炭吸附剂的制备方法流程图

具体实施方式

实施例1

干燥、粉碎橘子皮生物质，过筛20目；将过筛生物质投加到0.1mol/L Fe²⁺∶Fe³⁺＝1∶1铁盐溶液中，生物质的重量百分含量为1％，在搅拌下滴加3mol/L NaOH溶液至溶液pH至9-10；固体沉淀经过滤、干燥、压实后，在700℃下限氧炭化1h，得到磁性生物炭吸附剂MBO-1。

实施例2