[发明专利]一种Mg/Al水滑石修饰的生物炭复合材料及其制备方法与用途

说明书

本发明涉及一种Mg/Al水滑石修饰的生物炭复合材料及其制备方法与用途，该复合材料以生物炭为基体，基体表面负载焙烧的Mg/Al水滑石。制备的具体步骤为：制备的顺序是先将生物质粉末浸入到Mg/Al水溶液中，再制备Mg/Al水滑石和生物质的复合物，最后通过管式气氛炉在N₂氛围下将Mg/Al水滑石和生物质的复合物热解得到所述产品。本发明的Mg/Al水滑石修饰的生物炭复合材料的制备过程中，生物质的热解和水滑石的焙烧在同一个热处理过程中进行，缩减了制备费用和时间。焙烧的Mg/Al水滑石接触到水以后其结构可以部分恢复到具有有序层状结构的水滑石。该产品对废水中的染料具有良好的吸附效果。

技术领域

本发明属于环境功能材料和水处理新技术领域，具体涉及一种Mg/Al水滑石修饰的生物炭复合材料及其制备方法与用途。

背景技术

工业染料废水向水体的排放对环境生态系统的危害巨大。随着纺织、印刷、塑料、皮革和食品生产等行业的迅速发展，大量的染料污染物排放到水体中，这些污染物数量庞大、降解速率慢、并对人类和动物具有毒性作用。因此探索一种经济高效的用于工业废水排放前的脱色处理的技术非常必要。一般的染料废水处理方法有吸附、催化降解、生物降解和膜过滤等。其中，吸附是一种操作简单，成本低，且处理污染物较为高效的技术，在实际的污染废水治理中已有应用。生物炭作为吸附法中一种新兴的吸附材料，具有原材料丰富、价格低廉和固碳等优点，但生物炭对染料的吸附效率有限。因此，研究开发新型的以生物炭为基质、低价和高效的复合材料，已经成为生物炭用于水处理的发展和应用中的一个关键性科学技术问题。

生物炭是生物质在无氧或缺氧的条件下热解产生的含碳量较高的固体材料，其原材料主要来自于农业废弃物、固体废物、污泥等。同时，生物炭具有比较好的孔隙结构和丰富的表面官能团。因此，生物炭具有去除废水中污染物的潜力。然而，生物炭的性质受其原材料和热解条件的影响很大，未经改性或者功能化修饰的生物炭具有有限的吸附位点，限制了其在实际废水处理中的应用。水滑石类化合物(LDHs)是一类具有层状结构的新型无机功能材料，它对废水中的重金属和有机物都具有较好的去除能力。通过适当的方法将Mg/Al水滑石组装在生物炭的表面，水滑石修饰生物炭制成复合材料，能够丰富其表面吸附位点，提高生物炭对染料污染物的去除能力。同时，焙烧水滑石具有记忆效应，Mg/Al水滑石温度在500℃内的焙烧产物接触到水以后其结构可以部分恢复到具有有序层状结构的水滑石，在恢复的过程中增加其对染料的吸附固定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的技术问题，开发一种低价、高效的可用于吸附处理染料污染物的Mg/Al水滑石修饰的生物炭复合材料。

本发明提出的一种Mg/Al水滑石修饰的生物炭复合材料的制备方法，是将Mg/Al水滑石对生物炭进行功能化处理，这样制备的吸附剂可通过Mg/Al水滑石组装在生物炭表面，增加生物炭表面的吸附位点数量，具体步骤如下：

(1)将生物质原材料用去离子水清洗，然后在80℃下烘干24小时，将烘干后的生物质粉碎，并过2mm筛得到生物质粉末；

(2)将2.4g的AlCl₃·6H₂O和6.1g的MgCl₂·6H₂O加入到400mL的超纯水中，再将步骤(1)得到的生物质粉末加入到该溶液中，混合悬液以130转/分钟的速度在恒温水浴振荡箱中(26℃)振荡24小时得到悬液A，再另取16.0g的NaOH和13.25g的Na₂CO₃加入到500mL的超纯水中得到溶液B；