[发明专利]一种复合改性生物炭的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种复合改性生物炭的制备方法，其制备方法包括如下步骤：（1）材料预处理：生物质秸秆经过清洗、干燥并粉碎后，浸渍在氯化铁溶液中一定时间，振荡静置后，烘干至恒重；（2）铁基改性生物炭的制备：将上述材料置于氮气气氛下的管式炉中进行高温炭化，冷却至室温，洗涤，烘干和过筛后，得到铁基改性生物炭；（3）铁基/等离子体复合改性生物炭的制备：将铁基改性生物炭置于等离子体发射器下，静置一定时间后，获得铁基/等离子体复合改性生物炭；该方法制备得到的铁基/等离子体复合改性生物炭，操作简单，成本低廉，兼具两种改性技术的优点，极大提高了对溶液中镉的去除效率。

技术领域

本发明涉及环境保护技术领域，特别涉及一种复合改性生物炭的制备方法及其应用背景技术

环境中的重金属具有生物不可降解性，并可能通过食物链的生物富集作用而造成严重的人类健康危害和重大的生态影响。镉（Cd）是最常见且最严重的重金属污染物之一，对人类健康构成越来越大的风险。考虑到镉对环境和人体的巨大危害，沉积物、河流、地下水和土壤中的镉污染受到越来越多的关注。在过去的几十年中，包括化学沉淀，离子交换，膜分离，生物法和吸附法在内的各种物理、化学和生物去除技术已被广泛用于镉污染的治理中。

与其他处理技术相比，吸附法是一种去除废水中重金属污染物的相对简单、环保且具有成本效益的方法。吸附剂的类型主要包括膨润土、高岭土、氢氧化镁、沸石、分子筛和生物炭等。其中，生物炭作为一种新型的高效吸附材料，由于其较大的比表面积和丰富的官能团而开始引起人们的关注。生物炭是一种富氧固体材料，具有微孔结构，并且在限氧条件下通过高温热解富碳生物质而获得的材料。然而，一般而言，原始生物炭对废水中重金属的饱和吸附能力较低。为了进一步提高生物炭的吸附能力，在热解过程之前/之后已经对生物质/生物炭进行了处理或改性。

目前，已有相关研究表明，通过表面化学改性可以改善生物炭材料的表面和表面结构上的官能团，使生物炭具有更多特定吸附功能的活性位点。而在生物质/生物炭表面上附着金属离子是一种常见的表面修饰方法。研究表明，铁离子修饰的碳质材料具有增强吸附能力并促进生物炭颗粒的分离能力。虽然一些生物炭孔被生物炭中形成的氧化铁颗粒堵塞，但通过表征分析也证实了氧化铁颗粒在生物炭表面的负载。而且，由于氧化产物的形成（例如氧化铁）会阻塞平均碳孔径或导致孔壁塌陷，从而导致平均孔径的扩大和微孔的减少。另一方面，非热等离子体（NTP）在表面化学修饰领域是一种很有前景的方法。与其他技术相比，它对纹理性能的损害较小，而可以通过活性物种对表面进行化学转化。

因此，将铁离子预处理的生物炭与等离子体后处理相结合，具有促进负载的铁物种的转化并大大增加生物炭表面上的官能团含量的可能。鉴于此，本发明采用铁基/等离子体复合改性技术，具有丰富孔隙结构，增加官能团数量，提供更多的吸附位点等优点，从而实现了高效去除废水中镉的目的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：以铁基/等离子体改性技术为制备手段，制备出一种复合改性生物炭。其优点在于结合两种改性技术的特点，扩大了孔径结构，增加了含氧官能团数量，提供了更多的吸附位点，从而实现了高效去除废水中镉的目的。

本发明以如下技术方案解决上述技术问题：

（1）材料预处理：生物质秸秆经过清洗、干燥并粉碎后，浸渍在氯化铁溶液中一定时间，振荡静置后，烘干至恒重；

（2）铁基改性生物炭的制备：将上述材料置于氮气气氛下的管式炉中进行高温炭化，冷却至室温，洗涤，烘干和过筛后，得到铁基改性生物炭

（3）铁基/等离子体复合改性生物炭的制备：将铁基改性生物炭置于等离子体发射器下，静置一定时间后，获得铁基/等离子体复合改性生物炭。

进一步的，所述步骤（1）中的生物质秸秆粉碎后过50目标准筛。

进一步的，所述步骤（1）中的的氯化铁溶液浓度为0.1-1.0mol/L。