[发明专利]一种复合改性秸秆活性颗粒炭吸附材料的制备方法及应用

说明书

本发明公开一种复合改性秸秆活性颗粒炭吸附材料的制备方法及应用，复合改性秸秆活性颗粒炭吸附材料是通过如下方法获得的：1）将秸秆粉、蒸馏水、黏合剂和复合矿物混合后造粒，然后置于管式炉中热解制备秸秆颗粒炭；2）向改性试剂中通入惰性气体，调节溶液pH值为8~11，加入硝酸铁溶液反应后得到复合改性溶液；3）将秸秆颗粒炭置于的复合改性溶液中浸泡30min，1~8MPa超声1~12h，离心并烘干，再置于马弗炉中200℃烧制2~8h，清洗后烘干，即得到复合改性秸秆活性颗粒炭吸附材料；该复合改性秸秆活性颗粒炭对低污染水体中磷酸根有很好的吸附效果。该吸附材料便于回收，同时利于磷素资源的再利用，具有广阔的应用市场前景。

技术领域

本发明属于农林业废弃物资源化和水处理技术领域，具体涉及一种复合改性秸秆活性颗粒炭吸附材料的制备方法及应用。

背景技术

污水处理厂处理尾水、城镇地表径流、农田排水等水体中污染物的总磷浓度(ρ(TP))、总氮浓度(ρ(TN))或COD_Cr(COD_Cr)浓度往往远高于地表水环境质量V类水质标准，人们将这类水称为“低污染水”。这些低污染水是造成湖泊富营养化的重要原因，对低污染水的治理已经成为世界面临的重大环境课题。在引发水体富营养化的诸多污染因子中，磷是最主要的控制因子，即ρ(TP)＞0.02mg/L时，水体即可开始富营养化进程。因而，如何高效治理低污染水中磷素的污染受到广泛关注。

吸附法除磷效率高、绿色环保，利用具有多孔、大比表面的吸附剂对水体中磷酸根离子具有强烈的吸附作用达到除磷目的，且通过吸附解析作用实现吸附剂的再生和磷素资源的回收利用。利用农作物秸秆在缺氧或绝氧，一定温度条件下热解制备出的生物炭，容重小，且具有大量表面负电荷及高电荷密度的特征，构成了生物炭良好的吸附特性。但生物炭存在使用寿命短、不易回收及粉尘污染严重等缺陷，限制了它应用范围与领域。

此外，文献（Borgerding J. Phosphate deposits in gigestion systems.Water Pollut Control Fed, 1972,44:813-819），鸟粪石（MAP）沉淀法由于可以同时去除和回收磷、氮2种元素而且其本身是一种高肥效的缓释肥，且有公司通过向高氮磷废水中投加镁盐回收鸟粪石这种环境友好型肥料并推向化肥市场，取得了良好的环境效益和经济效益（李金页，等. 鸟粪石沉淀法在废水除磷脱氮中的应用[J]. 中国沼气，2004,22（1）：7-10）。通常采用向含有大量氨氮与可溶性正磷酸盐的废水中投加适量镁源（氯化镁、氢氧化镁等），各离子浓度积超过鸟粪石的溶度积，形成具有正菱形晶体结构的鸟粪石（化学成分为磷酸铵镁）。但采用这种工艺方法终形成MAP结晶体而堵塞管道，久之造成消化池有效容积降低。

申请人前期已经探索制备出具有一定压缩强度、外观尺寸的大、且具有吸附能力的秸秆颗粒炭。由于颗粒炭表面负电荷较多，对水体中磷酸根离子的去除率不高，仍需要进一步改性以提高其对无机阴离子（磷酸根离子）的去除。采用金属盐离子对生物炭进行改性可以有效提高其对磷酸根离子的去除，通过钙盐、铁盐、铝盐与磷酸根形成沉淀物来降低污水中磷酸根的浓度（郁娜. 城市污水处理厂污水磷的化学沉淀特性及影响因素研究.2015）。但由于共沉淀法包括成核、生长、Ostward熟化或者团聚，这些过程很难区分开并加以控制，导致合成纳米粒子很难实现颗粒形貌及尺寸的控制，或合成的纳米粒子不稳定，易氧化，或后期粒子易团聚，分散性差等。因此，如能实现具备一定压缩强度、大尺寸、同时负载具有高吸附能力的纳米尺度铁/铝/镁氧化物的复合改性秸秆活性炭颗粒炭，不仅解决炭回收问题，也有望提高秸秆活性颗粒炭对污水中阴离子（磷酸根）的去除效果，实现磷素资源的收集。

发明内容

本发明的目的在于开发出一种表面负载均一纳米尺度金属氧化物，同时兼具大尺寸多孔道复合改性秸秆活性颗粒碳吸附材料的制备方法，该方法有效解决现有改性秸秆生物炭难以挥手、易掉渣、吸附效果不佳等技术问题。所述方法制备的改性秸秆活性颗粒炭对污染水中磷酸根离子的吸附去除能力优异。