[发明专利]生物炭负载天然含铁矿物磁性吸附剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种生物炭负载天然含铁矿物磁性吸附剂及其制备方法和应用，该制备方法包括如下步骤：1)将生物质原料洗涤、干燥、粉碎、过筛，天然含铁矿物干燥，过筛；2)取生物质原料和天然含铁矿物，在去离子水中混合，机械搅拌，真空干燥后在氮气保护下于气氛管式炉高温热解，冷却至室温后过筛制得生物炭负载磁铁矿材料；3)将生物炭负载天然含铁矿物材料放入碱化剂中超声震荡浸渍，过滤后真空干燥，再在氮气保护下于气氛管式炉高温热解，冷却至室温后过筛制得生物炭负载天然含铁矿物磁性吸附剂。本发明制备的生物炭负载天然含铁矿物磁性吸附剂磁性强、对废水中重金属具有极强的吸附性能，易于回收且回收率高，制备工艺简单，无二次污染。

技术领域

本发明属于水污染治理领域，涉及一种用于重金属废水治理的材料及其制备方法和应用，具体涉及一种生物炭负载天然含铁矿物磁性吸附剂及其制备方法和应用。

背景技术

重金属即单质密度高于4.5g·cm^-3的金属，如铅、锌、铜、镍、汞、铜、铬等。重金属具有较强的迁移性、富集性及不可降解性，长期暴露于低浓度重金属污染中会严重危害人体健康和生态安全。铅及铅化合物对人体有较强的毒性，铅中毒可引起腹绞痛、肝炎、周身神经炎、中毒性脑炎、铅溶等，锌中毒则会引起急性胃肠炎症状，过量的锌也会对消化道有腐蚀作用，容易导致休克而死亡。铅锌污染己经成为当前水体重金属污染的主要污染物之一。

目前，对重金属污染废水治理的传统方法有很多，如化学沉淀法、离子交换法、电解法、膜分离法等，但它们都有各自的缺点如带来其他污染，操作复杂，成本高等，这些使得他们的应用遭到了限制。因此，研究一种高效、绿色、经济的重金属污染处理方式己经成为当下热点和前沿。

生物炭是废弃生物质在限氧条件下热解制备的一种“绿色”、低成本、且富含炭素的多孔材料。生物炭具有巨大的比表面积、复杂的表面活性官能团、稳定的化学性能，并且能在强酸、强碱和高压条件下保持稳定的性能，因此在水环境污染治理处理方面发挥着重要作用。生物炭作为粉末状吸附剂，在实际工程应用过程中不易回收和循环利用，而引入磁性材料对其进行赋磁可以实现生物炭的快速分离回收。

目前制备磁性生物炭的方法有很多，大多是利用化学试剂采用浸渍法、液相沉淀/还原法等方法将磁性纳米颗粒负载于生物炭上，但制备的材料一般磁性较弱，且操作步骤复杂不可控。而仅采用磁铁矿等磁性较强的矿物对生物炭进行修饰，虽然大大提高了材料的磁性，又会造成生物炭吸附效率增加不明显甚至降低的情况。而采用过滤回收的方法，如果滤膜孔径大时，过滤不干净，造成吸附饱和的活性炭存留于废水中，产生重金属污染复溶的情况；滤膜孔径过小时，过滤速度会非常慢，效率低下，加压处理又会增加成本。因此，亟待研制出一种吸附性强而磁性也强易于回收的生物炭磁性材料。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种生物炭负载天然含铁矿物磁性吸附剂的制备方法，该制备方法制备的磁性吸附剂磁性强、回收率高，对废水中重金属具有极强的吸附性能，且处理工艺简单，绿色环保，无二次污染。

本发明的另一目的在于提供一种生物炭负载天然含铁矿物磁性吸附剂。

本发明还提供一种含重金属废水的治理方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种生物炭负载天然含铁矿物磁性吸附剂的制备方法，该制备方法包括如下步骤：

(1)将生物质原料先用去离子水洗涤至中性，再浸泡10-14h后取出，然后在80～105℃干燥3-5h，粉碎，过100目筛，天然含铁矿物在105-120℃干燥5～8h，过200目筛；

(2)取生物质原料2～8质量份和天然含铁矿物0.3～2质量份，在50～200质量份去离子水中混合，机械搅拌3～6h，然后于80～105℃真空干燥箱中干燥5-8h，再放入在氮气保护下的气氛管式炉中，升温至450-550℃高温热解2-4h，冷却至室温后过200目筛制得生物炭负载天然含铁矿物材料；