[发明专利]一种复合生物质炭材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种复合生物质炭材料其制备方法和应用。将污泥和稻壳分别烘干、球磨及过筛处理，得到污泥粉末和稻壳粉末；将污泥粉末和稻壳粉末混合后，置于保护气氛下进行热解处理，即得复合生物质炭材料。该方法利用固体废弃物及生物可再生资源，成本低，经济价值高，有利于工业化生产，且制备的复合生物质炭材料可以用于处理低浓度含铅废水，具有较好的铅离子去除效果。

技术领域

本发明涉及一种复合生物质炭材料及其制备方法和应用，特别涉及一种以污泥和稻壳为原材料进行共热解制备复合生物质炭的方法，还涉及将复合生物质炭用于对低浓度含铅废水中重金属铅(II)的去除的方法，属于重金属废水治理技术领域。

背景技术

水环境中的重金属铅随着城市工业化的进程逐渐累积，当铅含量达到一定程度，不仅危害水中的动植物的生长，更会对人体的健康造成极大的损害。由于重金属铅的危害极大，所以对各行业排放的含铅废水进行铅的处理去除显得尤为重要。

对于液相中重金属的去除一般有三种方法：一是通过化学反应使重金属的形态发生改变易于从液相中分离，一般有化学沉淀法、电絮凝法等；二是通过物理方法，在不改变重金属原有形态的前提下使其与其他外加物质结合继而被分离出去，一般有离子交换法、吸附法等；三是通过生物新城代谢作用将重金属去除，一般有微生物吸附法、植物原位修复法等。其中吸附法是利用吸附剂，通过物理吸附-分子间作用力、化学吸附-化学键作用和交换吸附-静电引力将吸附质从水体中去除的方法。由于吸附剂的来源广泛，种类繁多，包括农业废弃物、工业市政废弃物、碳基材料和微生物等，且吸附过程设备简单容易操作；吸附效果好，可以再生重复利用；能耗低，二次污染小，这些优点使得吸附法成为处理水体中重金属污染的最受欢迎和最有发展前景的方法。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是在于提供一种由污泥和稻壳制成的复合生物质炭，该复合生物质炭对Pb(Ⅱ)同时存在表面吸附与共沉淀作用，可以有效降低含铅废水中铅离子浓度，特别是对低浓度含铅废水处理效果尤其显著。

本发明的第二个目的是在于提供一种简单、低成本制备复合生物质炭的方法，该方法利用固体废弃物及生物可再生资源，成本低，经济价值高，有利于工业化生产。

本发明的第三个目的是在于提供一种利用复合生物质炭材料作为吸附材料用来处理低浓度的含铅废水的方法，复合生物质炭材料对于铅离子浓度低于42mg/L含铅废水，除铅率达到90％以上，而铅离子浓度低于32mg/L含铅废水，除铅率达到100％。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种复合生物质炭材料的制备方法，该方法是将污泥和稻壳分别烘干、球磨及过筛处理，得到污泥粉末和稻壳粉末；将污泥粉末和稻壳粉末混合后，置于保护气氛下进行热解处理，即得。

本发明的关键是在于采用污泥和稻壳进行共热解，以获得表面积大，吸附能力强的复合生物质碳材料。污泥本身含有较多水分、灰分、无机盐和金属成分，而含有较少的易挥发分，在高温热解炭化过程中挥发分析出性差、液相产物成分复杂，且容易被氧化、易结焦，热解获得的生物质炭比表面积小和吸附性能较低等，而稻壳含有较高的挥发分及较低灰分和无机盐，通过热解炭化获得的生物质炭密度小、易飘飞；本发明技术方案将稻壳与污泥进行混合热解，两者的优缺点有明显的互补之处，相对单一的污泥热解生物质炭，不但能降低氢碳比及灰分含量，同时提高挥发分析出能力，从而获得比表面大，吸附能力高的复合生物质碳材料；更加值得注意的是，稻壳与污泥共热解所得复合生物质炭中重金属浓度百分比有明显下降现象，而可氧化态和残渣态重金属浓度百分比有上升现象，说明复合生物质炭具有更低的潜在生态风险。

优选的方案，所述球磨的条件为：在3000～6000r/min转速下球磨10～20分钟。较优选的球磨的条件为：在4500～5500r/min转速下球磨12～18分钟。通过高能球磨可以将污泥和稻壳粉碎至适当粒度，并且实现机械活化，有利于获得高活性碳材料。

优选的方案，所述过筛采用0.25mm孔径的筛子进行筛分。