[发明专利]一种改性生物炭及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种改性生物炭及其制备方法和应用，按照如下方法制备：步骤1)配制氢氧化钾水溶液；步骤2)将蔗渣先干燥，再碎成粉末，备用；步骤3)将蔗渣粉末放入氢氧化钾溶液中搅拌浸渍，然后过滤、脱水、干燥；步骤4)将干燥后的蔗渣在限氧条件下热解炭化得到改性生物炭。采用农业废弃物蔗渣为原料，并通过氢氧化钾水溶液浸渍改性，得到的改性生物炭孔隙结构更为发达，为重金属离子的吸附提供了较大的存储空间和分子扩散途径；其次，其表面的羟基和羧基等官能团的数量大大增加，可以作为吸附重金属的活性位点，增强了生物炭螯合络合镉离子的能力，极大的增强了生物炭的吸附镉离子的能力。

技术领域

本发明涉及重金属废水治理领域，特别涉及一种改性生物炭及其制备方法和应用。

背景技术

镉(Cadmium,Cd)是一种质软、具有延展性、略带灰蓝色、有光泽的重金属，其熔点为594.22K，沸点1040K，密度8650kg/m³。镉是有生物毒性的重金属元素，具有很强的富集性，被国际癌症研究机构(IARC)定为I类致癌物质，环境中的镉会通过食物链、饮水链等途径进入人体内，对人体健康造成严重危害，如贫血、高血压、损害肺部及肾脏功能以及致癌。采矿、冶金、电镀等工业活动排放大量含镉废水进入水体造成水体镉污染。《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中规定饮用水镉的浓度限值为0.005mg/L；而遭受镉污染水体中镉的浓度值为1-10mg/L，超标严重，故含镉废水和镉污染水体的处理倍受关注。目前镉污染废水的处理方法主要有沉淀法、吸附法、离子交换法和膜分离法，其中离子交换法和膜分离法虽去除率较高，但处理成本较高，沉淀法虽成本较高但会产生大量污泥、可能会造成二次污染，吸附法因方法简单、经济高效和绿色环保广泛应用于Cd污染废水的处理。吸附法中吸附剂是决定Cd污染废水处理效果的关键因素。比表面积大、孔隙度好、吸附能力较强、环境友好、官能团丰富且原料来源广的生物炭作为新型吸附剂成为众多环境研究者关注的热点。

公布号为CN 11055991 A的发明专利公开了一种改性生物炭及制备方法和应用，以油茶果壳为原料，先用氢氧化钠醇溶液浸渍改性再热解制备，提高了对废水镉、铅的吸附率；但改性剂使用的溶剂为无水乙醇、固液比为1：5，浸渍改性过程中还需超声辅助，最后制备的生物炭还需用盐酸和去离子水洗涤，流程长、所用药剂多，成本较高，且原料仅限于油茶果壳。公布号为CN 110586046 A的发明专利公开了一种处理废水重金属镉的有机改性生物炭的制备方法，以小麦桔杆为原料，先热解再用酸洗涤、壳聚糖改性及碱液洗涤，提高了对废水镉的吸附率；但制备流程长、操作复杂、药剂多、时间长且原料仅限于小麦桔杆。

不同的原料、不同的改性方法均会对改性生物炭的性质和应用产生影响。蔗渣作为常见的农业废弃物，纤维素含量、半纤维素含量、木质素含量较丰富分别为62.55％，13.15％，22.46％，有利于提高生物炭产率，增加生物炭的孔隙度，而且蔗渣来源广泛，容易获得，但鲜少被用作生物质原料。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的第一目的在于提供一种改性生物炭的制备方法，第二目的在于提供该种改性生物炭，第三目的在于提供该种改性生物炭的应用。流程短、操作简便、成本低、效果好、环境友好，实现对Cd废水的有效治理

为了实现上述第一目的，本发明的技术方案为：一种改性生物炭的制备方法，其特征在于，按照如下方法制备：

步骤1)配制氢氧化钾水溶液；

步骤2)将蔗渣先干燥，再碎成粉末，备用；

步骤3)将蔗渣粉末放入氢氧化钾溶液中搅拌浸渍，然后过滤、脱水、干燥；

步骤4)将干燥后的蔗渣在限氧条件下热解炭化得到改性生物炭。

结合大多Cd污染废水呈酸性的状况，本发明以蔗渣为原料，采用流程比较短、操作简便、成本低、效果好、环境友好的碱改性方法制备改性生物炭，进而实现对Cd废水的有效治理。