[发明专利]一种修复重金属污染水体和土壤的巯基化生物炭的制备与应用

说明书

本发明公开了一种修复重金属污染水体和土壤的巯基化生物炭的制备与应用。所述制备方法包括生物质热裂解炭化制成生物炭；将所述生物炭与β‑巯基乙醇、乙酸酐和浓硫酸混合，将此混合物在70‑90℃下反应17‑24小时，冷却至室温，水洗、抽滤、干燥、研磨即得。所述巯基化生物炭的制备方法工艺简单，所需设备简易，制备成本低。所述巯基化生物炭不仅能吸附溶液中单一存在或复合存在的镉、铅、铜和锌等重金属离子，还能钝化重金属复合污染土壤中的镉、铅、铜和锌等重金属，降低重金属有效性，改善土壤理化性质，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及重金属修复技术领域，特别是涉及一种修复重金属污染水体和土壤的巯基化生物炭的制备与应用。

背景技术

随着工业化和城镇化的快速发展，诸如采矿和金属冶炼加工等人类活动使得大量重金属进入到土壤中，2014年公布的《全国土壤污染状况调查公报》显示，全国土壤总超标率为16.1%，其中典型重金属镉、铅、铜和锌的超标率分别为7%、1.5%、2.1%和0.9%。土壤中的重金属能通过作物吸收-食物链传递从而对人体健康造成长期危害。面对严峻的土壤重金属污染形势，需要继续研发有效的土壤重金属污染修复技术以消减典型重金属镉、铅、铜和锌等的风险与危害。

目前，治理土壤重金属污染的修复技术主要有物理修复技术、化学钝化修复技术和生物修复技术等。化学钝化修复技术相比于物理修复技术和生物修复技术等修复技术具有操作简单、修复速率快、费用较低和对农业生产影响较小等特点，被广泛运用于治理大面积轻中度重金属污染农田土壤。化学钝化修复技术是指向污染土壤添加钝化剂的修复技术，通过吸附、沉淀、氧化还原、络合、离子交换等作用机制使土壤中重金属向稳定化形态转化，降低重金属的生物有效性，达到消减或控制重金属的风险与危害的目的。

生物炭作为一种新型土壤钝化剂，已经成为当前土壤重金属污染修复领域的研究热点。生物炭孔隙结构发达、比表面积大、表面官能团丰富，对重金属离子有很强的吸附作用，可以有效降低土壤中重金属迁移性和生物有效性。为了更好地开发基于生物炭的钝化技术，已有许多研究利用矿物改性法、酸/碱改性法和官能团改性法等方法对生物炭进行改性以提高生物炭对重金属的吸附能力。近年来，巯基官能团因对重金属离子具有高亲和力开始被应用于改性重金属吸附材料，巯基基团可和重金属形成稳定的化合物，但目前这方面的研究工作较少，仍存在一些问题。如公开号CN 108085012 A的中国发明专利申请了一种结合巯基乙酸改性生物炭、沸石粉和腐殖酸的修复材料，虽然能快速高效地吸附土壤中的镉，但其对生物炭进行巯基改性前需将生物炭浸泡在硝酸溶液中搅拌72 h，反应时间长，且该发明中巯基乙酸改性生物炭需要与沸石粉和腐殖酸结合后才能较好的钝化土壤中的镉，增加了其使用成本。“CN 109135759 A”公开了一种土壤用重金属修复剂，包括改性多孔四氧化三铁、改性活性炭和改性蒙脱石，通过嫁接包括巯基在内的多种官能团提高其对重金属的络合和固定性能，使该修复剂能降低土壤中可迁移态钴和铅的含量，但其制备工艺复杂，部分制备环节需要在高温高压条件下进行。“CN 109046260 A”发明了一种巯基功能化凹凸棒土及其在镉污染水体中的应用，巯基功能化后虽然凹凸棒土对重金属的吸附能力大大提高，但其使用3-巯丙基三甲氧基硅烷作为巯基供体，该药剂价格较为昂贵，不利于规模应用。

发明内容

针对上述需求及有关技术问题，本发明提供一种修复重金属污染水体和土壤的巯基化生物炭的制备方法与应用途径，该制备方法工艺简单，可控性强，使用该方法制备的巯基化生物炭对溶液中单一存在或复合存在的重金属镉、铅、铜和锌等均有良好的吸附效果，还能同时钝化重金属复合污染土壤中的镉、铅、铜和锌等。

本发明提供的巯基化生物炭的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备生物炭：将生物质在厌氧或无氧的条件下，以20℃/分钟的速率升温至500℃热裂解至完全炭化后，研磨过50-100目筛，取第一筛下物，得到生物炭；