[发明专利]一种去除水中铬的磁性多孔生物炭的制备和使用方法

说明书

本发明公开了一种去除水中铬的磁性多孔生物炭的制备和使用方法，以Fe(III)为磁性前驱物，通过浸渍负载后慢速热解及原位炭还原的方法，将卤虫卵壳制备成为磁性多孔生物炭，可用于去除水中的Cr(VI)和Cr(III)，使用时，将生物炭投放于含铬水中，一定时间后磁性分离或静置沉淀分离吸附剂，完成铬去除，本发明在水中常见阴离子共存时，仍可获得较高的铬去除率，同时能够重复使用。

技术领域

本发明涉及一种用于水中重金属去除的吸附剂，尤其是一种用于铬去除的磁性多孔生物炭，属于水体重金属污染处理技术。

背景技术

由于铬盐生产、制革、电镀、木材防腐、染料印染及橡胶、陶瓷的工业化生产活动进行，产生了大量的含铬废水，其中铬主要以铬酸盐及重铬酸盐的形式存在。Cr(VI)以通过皮肤接触、呼吸系统和消化系统进入人体，并通过血液运输至肝肾等脏器造成毒性累积，损伤肾功能，引起DNA损伤，导致癌变。Cr(Ⅲ)对水生生物有一定毒性，高剂量下对人体细胞也可能表现出毒性反应。

水中铬的去除技术主要包括离子交换法、膜分离法、吸附法、化学沉淀法和光催化法等。吸附法操作简单，在铬去除中已经应用。但由于Cr(VI)和Cr(III)在水中带相反电性的电荷，因此吸附剂对两类铬离子的同步去除效果有待提升。

生物炭主要是通过在低氧或无氧环境下高温裂解生物质的方法获得，主要是由芳香烃和单质碳或具有石墨结构的碳组成，与其它合成吸附剂相比成本较低。用磷酸作为活化剂合成芒果核生物炭，对Cr(VI)吸附量为7.8mg/g，用磷酸为活化剂，FeCl₃、AlCl₃、MnCl₂作为协助活化剂合成生物炭，其吸附量增大为24mg/g，以苹果皮为原料合成生物炭，吸附量可达36.01mg/g，但总体上对铬的吸附量不高^[1-3]。

卤虫卵壳是卤虫通过卵生方式所产休眠卵的外壳，在水产养殖中被作为废物丢弃。卤虫卵壳具有独特的渐缩式孔道结构，其内层孔道为纳米孔，能够促进纳米颗粒分布，具有微孔纳米模板效应；外层孔道为大孔，大大提高了吸附传质效率，具有大孔强化传质效应^[4]。对卵壳直接改性或负载纳米颗粒，可以作为分离水中磷酸根及重金属阳离子的吸附剂^[4,5]。利用卵壳的特殊孔道结构，可炭化将其制备成超级电容器及其它电化学材料^[6-9]，炭化后可改善卵壳在高碱性环境中稳定性。但目前尚无公开的利用卵壳制备生物炭用于水中铬分离的技术。

铁元素在处理水体铬污染领域的应用已有许多报道。铁的氧化物对Cr(VI)具有一定吸附能力^[10]；铁以阳离子形式负载在载体上有利于提高载体材料的表面电位，促进对水中Cr(VI)的静电吸附^[11]；特别是纳米零价铁，已成为近年来除铬的研究热点之一，其对Cr(VI)优异的去除效果可归因于吸附及还原作用^[12]。但是纳米零价铁的制备通常需额外使用还原剂，且成品化学性质活泼，易团聚、失活，难回收。

参考文献：

[1]RAI M K, SHAHI G, MEENA V, et al. Removal of hexavalent chromiumCr(VI) using activated carbon prepared from mango kernel activated with H3PO4[J]. Resource-Efficient Technologies, 2016, 2: S63-S70.

[2]SUN Y, YUE Q, MAO Y,et al. Enhanced adsorption of chromium ontoactivated carbon by microwave-assisted H3PO4mixed with Fe/Al/Mn activation[J]. J Hazard Mater, 2014, 265:191-200.