[发明专利]一种生物炭磁性复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于生物炭材料技术领域，公开了一种生物炭磁性复合材料及其制备方法和应用，以纳米四氧化三铁和花生壳为原材料，通过用乙醇融合纳米四氧化三铁与酸改性生物炭的方法赋磁，之后经真空冷冻干燥，制得生物炭磁性复合材料。将制得的生物炭磁性复合材料应用于含六价铬的水溶液中，在室温下翻转振荡，反应完成后将生物炭磁性复合材料从溶液中分离，完成对水中六价铬的去除以及对吸附剂的分离回收。本发明具有成本低、操作简便、处理效率高等优点，并且该吸附剂原材料来源广泛，实现了生物质的资源化利用，具有磁性，便于分离回收和再利用，无二次污染，可应用于电镀厂、制革厂、冶炼厂等含六价铬工业废水的处理。

技术领域

本发明属于生物炭材料技术领域，具体的说，是涉及一种生物炭磁性复合材料和制备方法，及其在含重金属废水处理领域中的应用。

背景技术

随着工业的极速发展以及城市化进程的加快，越来越多的工业污染物被排放到环境中，其中以重金属污染问题尤为严重。在水体系统中，重金属一般具有较高的毒性及难降解性，被排放进入环境后，重金属污染物在各介质间交替运动，形成对环境的持久性污染，在严重危害生态系统的同时，也会对人类的生活和健康构成严重的威胁。因此，如何科学有效地解决重金属污染对环境及人类的危害日益重要，同时已经成为世界各国以及广大环保科研工作者研究关注的热点之一。

在众多重金属污染物中，六价铬由于其致癌性影响到所有生物体，它具有诱变性、生物累积性、致癌性和非生物降解性，是重金属中一种重要的有毒污染物。目前，世界各国对六价铬污染废水处理的传统方法主要有电解法、化学沉淀法、离子交换法、氧化还原以及生物去除法等。然而，随着重金属废水排放标准的规范严格化，这些常规的物理化学方法很难满足现实要求，同时存在成本高、选择性差、易产生二次污染等问题，因此在使用上受到了很大的限制。与上述方法相比，吸附法因具有高效、工艺简单、费用较低、选择性好等优势而成为研究和应用最为普遍的一种污水处理方法。但是，大部分的吸附剂吸附容量低，再生困难，同时携带污染物的吸附剂若不及时从水体中分离，易产生二次污染，由此限制了其在污染废水处理方面的应用。所以研究吸附容量大、可回收再生、不会产生二次污染的新型重金属污水吸附材料显得尤为重要。

已有大量研究表明，生物炭在重金属水体污染中具有杰出的效果，生物炭是生物质在缺氧条件或厌氧条件下热解所形成的富碳产物。它由于有稳定的多孔结构、高比表面积和丰富的含氧官能团，具有很强的吸附水中各种污染物的能力。与现在水体污染物吸附常用的活性炭吸附剂相比，生物炭未经活化处理，成本低，且来源更为广泛。至今，已有多种原材料用于制备生物炭，比如木屑、竹子、稻壳、红花籽、松木以及一些其他富含木质素和纤维素的植物碳，甚至粪便碳和污泥碳，寻找一种具有优异性能并易于制备生物炭的廉价生物材料也是传统废水处理中的一个主要挑战。

中国是全球最大的花生生产国，每年通过加工和利用会产生超过500万吨花生壳，其中一小部分花生壳被用于动物饲料，但大部分都被焚烧或丢弃，造成了严重的环境问题。采用废弃花生壳为原料制备生物炭，不仅能高效去除水体中的六价铬污染，还实现了生物质的资源化利用。除生物炭之外，近几年来，磁性纳米四氧化三铁以其独特的性能优势，在水体污染物去除吸附方面也具有很好的应用效果，在处理污染废水过程中显示出了巨大的应用潜力。但纳米四氧化三铁具有纳米粒子普遍存在的易团聚导致吸附效率低的问题，而生物炭单独使用也存在吸附剂常有的分离困难、易产生二次污染等缺点。

发明内容

本发明要解决的是目前携带重金属污染物的吸附剂与污染水体分离困难的技术问题，提供了一种生物炭磁性复合材料及其制备方法和应用，通过用乙醇融合纳米四氧化三铁与酸改性生物炭的方法赋磁，同时在制备过程中采用超声处理和冷冻真空干燥等方法避免团聚现象的发生，有效解决了纳米四氧化三铁不稳定、易团聚的问题，使制得的新型生物炭磁性复合材料具有磁性，去除效率高，能够实现磁分离和回收再生，不会产生二次污染，工艺简单可行，原材料来源广泛，实现了生物质的资源化利用，适用于各种含重金属废水的处理。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：