[发明专利]利用海泡石和泔水油制备生物炭/海泡石纳米复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米复合材料制备方法，具体涉及一种利用海泡石和泔水油制备生物炭/海泡石纳米复合材料的方法。

背景技术

随着经济的飞速发展，受到重金属污染的地区越来越多，环境问题也日益突出，特别是铅、镉等常见的重金属元素，对土地造成的污染尤为严重。在众多的修复材料中，近年来黏土矿物和生物炭受到了广泛关注。

通过向污染土壤中添加黏土矿物，利用黏土矿物对重金属的吸附、配位、共沉淀等作用，降低重金属的移动性和生物有效性，减少重金属向水体和植物及其他环境单元的迁移，从而实现重金属污染土壤的化学修复。由于黏土矿物资源丰富、修复过程操作简单、修复效果迅速，使其在重金属污染土壤的治理过程中有着不可替代的作用。但原位钝化修复技术是治标不治本的方法。

生物炭施入土壤能够提高土壤有机碳含量，改善土壤保水、保肥性能，减少养分损失，有益于土壤微生物栖息和活动，是良好的土壤改良剂。生物炭延缓肥料在土壤中的养分释放，降低养分损失，提高肥料养分利用率，生物炭是肥料的增效栽体。生物炭在土壤中极为稳定，可长期将碳固定于土壤，是固碳的潜力载体。试验结果表明，施用生物炭能降低交换态镉的含量，促进碳酸盐结合态、铁猛氧化结合态及有机态镉的形成（农业科技与装备，2013，（1）：6-7）。

近年来的研究表明，黏土更多为扁平的颗粒，而沙土颗粒更加圆滑，但生物炭是没有定型的。将黏土与生物炭结合，更能有效束缚土壤中的重金属，改善土壤的团粒结构。因此，生物炭/黏土矿物复合材料越来越受到人们的重视。

传统的生物炭主要是采用农林废弃物在缺氧条件下不完全燃烧而制备的，很少有人利用泔水油来制备。餐饮废油又称泔水油。据报道，我国现有300 多万家大小餐馆，每年排放的泔水中含废油高达几百万吨。虽然各地习惯及处理措施不同，排放泔水含油浓度不一，但由于我国目前没有对城市餐饮泔水加以有效的开发利用，因而引发了污染环境、资源浪费、非法经营等一系列社会问题。

泔水油作为传统油酸的原料，该工艺为我国传统小型油酸厂普遍采用，但由于水解过程中大量使用酸碱，成本高、二次污染大，环保治理难度大，同时副产品固体酸碘价高，凝固点低，只限于生产低档肥皂、黄油等使用，产品附加值低、经济效益差。张晓斌提出了联产油酸、甘油、硬脂酸新工艺（安徽科技，2011，（11）：26-28），但仍存在处理过程复杂和经济效益不显著等问题。因此，如何开拓泔水油的新用途，不仅可减少环境污染和资源浪费，而且可杜绝非法经营等社会问题。

海泡石是一种具有独特纳米纤维状结构的层链状含水富镁、铝硅酸盐黏土矿物，具有较大的比表面积和类似分子筛的微孔结构，表现出很强的表面活性和吸附性能，是一种性能优异的天然纳米矿物材料。海泡石特殊孔道、活性中心的存在使其具备非常好的油脂吸附能力，已经在在动植物油脂的脱色及其精炼方面得到广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种利用海泡石和泔水油制备生物炭/海泡石纳米复合材料的方法，吸附泔水油的海泡石焙烧后得到的负载生物炭/海泡石纳米复合材料，不仅实现了泔水油的再利用，而且利用海泡石和生物炭之间的协同效应，为土壤改良和修复开辟新途径。

本发明的技术解决方案是：首先利用海泡石直接吸附泔水油，压滤后将吸附油脂的海泡石在氮气保护下炭化，最后经洗涤、烘干、过筛得负载生物炭的海泡石纳米复合材料。

其中，海泡石是经过有机化改性处理过的，所用有机化改性剂为十二烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵、双十六烷基三甲基氯化铵、双十八烷基三甲基氯化铵中的一种，其用量为海泡石用量的2-15%，固/液比为1:10，反应时间4-12h。

其中，利用改性海泡石直接吸附已工业化分离市售的的泔水油，吸附时间为4-24h，其固/液比为1:5-10。

其中，压滤机压滤后海泡石的含油率＜15%。

其中，炭化设备为回转窑，炭化温度为300-600 ºC，炭化时间为1-5 h，炭化气氛为氮气。

其中，炭化后采用乙醇溶剂洗涤，100-120 ºC烘干，过200目筛。

本发明具有以下优点：

（1）将海泡石进行有机化改性，有利于泔水油的有效吸附，增加产品的生物炭负载量。

（2）利用海泡石直接吸附泔水油，经高温炭化处理，使其吸附的泔水油炭化，得到负载生物炭/海泡石纳米复合材料，在满足土壤改良和修复材料需求的同时，实现了泔水油的再利用。