[发明专利]一种富含钙的生物炭的制备方法和应用

说明书

本发明公开一种富含钙的生物炭的制备方法，将蟹壳洗净、烘干研磨后过筛，将预处理后的蟹壳粉置于马弗炉中一定温度下煅烧一定时间得到富钙生物炭，反应结束后待生物炭冷却至室温得到富含钙的生物炭。马弗炉升温速率为5～15℃/min，煅烧温度为250～750℃，煅烧时间为1～5h。本发明方法制备的材料具有优良的吸附能力、稳定性强；且合成方法简单易操作、对仪器设备要求低、制备周期短且对原材料进行简单的预处理即可。还提供所述富含钙的生物炭应用去除水中的环丙沙星抗生素及重金属铜离子。

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种富含钙的生物炭的制备方法和应用。

背景技术

由于人们对抗生素的过度依赖和大量使用，导致大量抗生素进入环境成为新型污染物，威胁着环境和人类健康。据报道，抗生素进入机体后，停留时间很短并且只有很少一部分被吸收进生物体进行新陈代谢，60％～90％的抗生素以原型或其代谢产物的形式随粪尿排出体外，最终通过医院废水、养殖废水、生活污水等途径进入环境。抗生素中的环丙沙星又被称为环氟哌酸，是一种典型的人工合成的氟喹诺酮抗生素药物。因其具有较强的杀菌作用而被广泛用作治疗和预防人类和动物疾病的抗菌药。环丙沙星的大量使用使得一些致病菌产生耐药性，使得致病菌长期存活于环境中会威胁人类健康。此外，环丙沙星能促进抗性基因的产生,抗性基因作为一类新式污染物，其危害比抗生素自身要大，这给人类的身体状况和生态环境保护安全性造成了不能预测分析的风险性。当环丙沙星进入到污水处理环境时，还会对污水处理中的菌种造成影响，使水处理效果降低。

目前，水中重金属污染已经成为世界性的严重资源环境问题。重金属具有毒性大、污染时间长、毒性富集及对人体危害大等显著污染特点。铜离子作为重金属之一，也是动植物生命生活必须的微量元素。但当生物体内的铜积累到一定数量后，就会出现不同程度的受害症状，例如生理功能受阻、发育迟缓甚至是死亡。对水环境的生态结构和功能造成受损、崩溃的后果。

当前常用的处理水中抗生素的方法有化学氧化法、膜处理法和吸附法。而常用的处理水中重金属的方法有电渗析法、反渗透法、絮凝法、离子交换法和吸附法。在两类污染物处理中，吸附法因成本低、工艺简单且高效而被广泛使用。

蟹壳是水产品加工过程中的副产物，年产量巨大。但目前，大量的蟹壳被直接丢弃在土壤环境中。这样不仅会造成大量的浪费，还会对水土环境造成严重污染。因此，如何有效、充分地处理废弃蟹壳，是目前我国水产养殖业发展中迫切需要解决的问题之一。蟹壳的主要成分是碳酸钙、碳酸镁、甲壳素和蛋白质。为了充分利用蟹壳中有价值的成分，常用的蟹壳处理方法有：提取蛋白、提取甲壳素、制备壳聚糖和制备调料等方法。但上述方法工艺复杂、经济成本高且容易对环境造成二次污染。生物炭是生物质在热降解条件下获得的富碳多孔固体产物。由于其具有较大的比表面积、丰富的孔隙结构、大量的含氧官能团和无机矿物，使其在土壤改良和环境污染物治理方面具有巨大潜力。蟹壳作为一种有机-无机复合材料，将其生产为富含钙的生物炭运用到环境治理中使用，即可以减少对环境污染，又可以实现对资源的充分有效利用和绿色环保。目前将蟹壳生产的富含钙的生物炭作为原材料且用作生物吸附剂，吸附水体中的抗生素和重金属鲜有报道，但其巨大污染物治理潜力，使得其成为研究热点，也是本领域技术人员的重点研究方向。

发明内容

针对现有蟹壳应用的不足，本发明的目的在于充分利用蟹壳的特殊成分和功能，提供本发明公开的一种富含钙的生物炭的制备方法。本发明方法制备的材料具有优良的吸附能力、稳定性强；且合成方法简单易操作、对仪器设备要求低、制备周期短且对原材料进行简单的预处理即可。还提供所述富含钙的生物炭应用去除水中的环丙沙星抗生素及重金属铜离子。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种富含钙的生物炭的制备方法，其特征在于将蟹壳洗净、烘干研磨后过筛，将预处理后的蟹壳粉放到坩埚中盖上盖子而后置于马弗炉中热解得到生物炭，反应结束后待生物炭冷却至室温得到富含钙的生物炭。