[發明專利]利用互花米草基生物炭治理含銅廢水的方法

無效

• 申請號: 201210079428.0
• 申請日: 2012-03-23
• 公開（公告）號: CN102600799A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 劉強;郭麗晶;張亞萍;鄭燕;賈澤奇;馮淋淋
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/62
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術領域

本發明涉及互花米草基生物炭的制備方法及其對含銅廢水的治理，屬于生物質的資源化利用領域。

背景技術

化工、電鍍、有色冶煉、印染、礦山開采、染料生產、電子材料漂洗廢水等過程中常產生含有大量銅離子的廢水，這種廢水排入水體，會嚴重影響水質，使水體散發異味、抑制水體自凈能力、導致水體無法飲用，對環境質量和人體健康造成危害。吸附法是去除重金屬的一種重要方法，活性炭和生物吸附劑是目前常用的基于生物質的去除重金屬的吸附劑。由于活性炭昂貴的原材料和生產成本，在處理低濃度、大水量重金屬廢水時并不合適。雖然生物吸附劑成本較低，但對低濃度重金屬廢水去除率較低，而且其作為生物質易于變質而不易保存。故尋求效果好、成本低，同時便于保存的吸附劑，是吸附法去除重金屬銅的一個重要研究方向。

生物炭是一種由生物質在無氧或缺氧條件下熱解產生的富碳固體產物。作為土壤改良劑，具有生物固碳、提高土壤肥力、提高農作物產率等作用。生物炭是未完全碳化的富碳產物，其表面富含羧基、羥基、苯酚基團等，對重金屬離子和有機物都有較好的吸附效應。相對于傳統吸附劑活性炭，生物炭原材料來源廣泛，其常見的原材料為農畜廢棄物、工業及生活垃圾，如秸稈、種殼、糞便、污泥、餐廚垃圾等；其制備過程中碳化溫度低（<500℃），且無需后續的活化步驟；其表面官能團含量豐富，對重金屬去除率更高。相對于生物吸附劑，生物炭經過熱解碳化后，其性質穩定、不易變質、易于保存。故由于生物炭原料豐富、成本低廉、制備簡單、易于保存、對重金屬的吸附量高等優點，作為一種質優價廉的新型吸附劑日漸受到人們的重視。

互花米草是于1979年被引入中國，初期在保灘護堤、促淤造陸方面起了重要作用，但是由于其在潮灘濕地生境中超強的繁殖力，造成了威脅海濱濕地土著物種、影響灘涂養殖、阻塞航道、使近海水質下降、誘發赤潮等一系列不利影響。所以許多國家將其作為入侵植物實施大范圍的控制計劃，我國國家環保局于2003年將其列入首批16種入侵物種黑名單。目前對互花米草的有效治理方法并不多，如果將互花米草作為原材料來制備質優價廉的生物炭用于去除重金屬污染，不僅可以抑制其惡性擴張，還可以利用其龐大的生物量資源，取得巨大的環境、經濟、社會效益。

發明內容

本發明的目的在于有效利用互花米草，將其變廢為寶，提供一種簡單易行、成本低廉的方法制備高吸附量的生物炭，來治理含銅廢水的污染。

互花米草基生物炭的制備方法和其對含銅廢水的治理包括如下步驟：

1.?原料準備：互花米草去根、清洗、風干，后再徹底烘干、粉碎；

2.?生物炭制備：將粉碎的互花米草莖桿置于電爐內，在流速為50～150mL/min的氮氣保護下進行熱解。以5～20℃/min的升溫速率升至300～550℃，恒溫熱解1～4小時。碳化后冷卻至室溫，研磨，過篩，既得生物炭。

3.?處理過程：將生物炭以一定的劑量投加到含銅廢水中，調節pH3.5～7，反應6～48小時；

4．結果檢測：使用化學分析手段檢測吸附后溶液中的銅含量。

一種較優的制備和吸附方法，包括選取合適的互花米草進行清洗、烘干、粉碎、熱解、研磨、吸附，具體優化條件如下：

步驟1中，將成熟期莖桿粗壯的互花米草去根后清洗，自然風干。后將根上部分切割成幾十厘米的小段，烘干，優選的烘干溫度為100～120℃。粉碎后過篩，優選50～100目篩。

步驟2中，互花米草的熱解可選用一般的電爐，如管式電阻爐，氮氣速率80～120mL/min，5～10℃/min升至熱解溫度350～450℃，恒溫1.5～2h。冷卻時可通入40～80mL/min的氮氣，防止由于冷卻初期溫度過高，生物炭被氧化，及縮短冷卻時間。最后研磨，過50～150目篩。

步驟3中，生物炭的投機劑量可按附圖4確定，調節pH為5.5～6.5，反應時間8～24小時。吸附時間小于8小時，尤其是不足3小時時，吸附量較低，吸附效果欠佳。時間長于24小時，吸附逐漸達到平衡，吸附量增加較少，且反應時間越長，運營成本越高。

步驟4中，可將吸附后的懸浮液過濾，檢測濾液中銅的含量。

本發明與現有的吸附劑的制備方法和重金屬處理方法技術相比有以下顯著的特點和有益效果：

1.?原材料互花米草廉價易得、資源豐富，廣泛分布于天津、山東、江蘇、上海、浙江、福建等沿海省市，且對當地的生態環境造成了惡劣的影響。將其加以利用可以變害為寶，實現廢物的資源化。

2.?生物炭的制備過程簡單易行、成本低廉。