[發明專利]一種去除廢水中鎘的吸附劑制備及應用方法

有效

• 申請號: 201410562485.3
• 申請日: 2014-10-22
• 公開（公告）號: CN104511272A
• 公開（公告）日: 2015-04-15
• 發明（設計）人: 王欣;張鳳
• 申請（專利權）人: 王欣;張鳳
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/62
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明公開了一種生物質碳，屬于固廢資源利用技術和環境污染修復技術領域，尤其涉及一種去除廢水中鎘的水葫蘆質生物炭的制備方法和應用方法。

背景技術

鎘是最有毒的重金屬之一。長期暴露在鎘環境中易引起貧血、骨質疏松、腎損壞等一系列疾病。最新發布的第一次國家土壤污染調查顯示，鎘已經被列為我國土壤首要污染物。湖南被稱為有色金屬之鄉，是中國水、土壤鎘污染最為嚴重的地區之一。其中，湘江沉積物的鎘濃度高達19.42mg/kg，是全國平均值的76倍。目前，湘江流域大約有四千三百萬人口遭受著飲用水和稻米鎘污染的威脅。因此，水、土壤鎘污染治理是一個亟待解決的環境問題。

生物炭是一種通過限氧熱解生物質獲得的富碳產物。生物炭前體多為農田生物廢棄物，如稻草秸稈、甘蔗渣、牛糞等等。其原材料廣泛容易獲得且制備過程簡單，已被廣泛應用于各種重金屬污染修復。因其具有高度發達的孔隙結構、豐富的比表面積和表面官能團的特點，比活性炭更廉價和更高吸附容量，因此，生物炭是一種理想的廢水污染物吸附材料，可用于氮、磷、有機物和重金屬等多種污染物的處理。

水葫蘆被國際自然保護聯盟列為地球上100種最具“侵略性”的植物之一，它分布廣泛、繁殖迅速極易破壞水生生態系統，使水域缺氧而導致水質惡化，破壞漁業和水利發電。將水葫蘆轉變為生物炭吸附廢水中的鎘，其吸附容量最高可達到80mg/g，遠遠高于活性炭和許多已報道的其他不同生物質來源的生物炭。因此，合理地利用這種生物，將它轉變為生物碳，是環境污染修復和固廢資源利用的雙贏策略。然而，目前以研究水葫蘆為原料制備生物炭及其在污染環境中的應用尚未見報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種利用水葫蘆制備生物炭的方法及其在污染水、土壤中的應用，該方法操作簡單易行，且獲得的生物炭產率高、對水體中的鎘吸附能力強。

本發明提供了一種利用水葫蘆制備生物炭的方法，包括：

(1)水葫蘆預處理：將在未污染的水域中收集到的水葫蘆除雜后風干，并待其風干后置于鼓風干燥箱中于60℃過夜烘干，粉碎至1～2mm，裝入自封帶置于干燥箱中保存備用。

(2)熱解、冷卻：粉碎后的水葫蘆粉末置于氣氛爐中于常溫通氮氣20分鐘，然后以6.5℃/min速率升溫至250℃進行碳化，終溫保持2小時，冷卻至室溫取出，制得水葫蘆生物炭。整個升溫熱解過程和冷卻至室溫過程均在氮氣環境下進行。

本發明還提供了一種采用所述方法制備的水葫蘆質生物炭，所述生物炭的基本性質見表格1。

表1：采用所述方法制備的一種水葫蘆質生物炭基本性質

本發明還提供了一種采用所述方法制備的生物炭，所述的生物炭表面含豐富的管狀空隙和各類鉀，鈣，鎂等碳酸鹽類。見圖1。

附圖說明

圖1為采用所述方法制備的一種生物炭SEM形貌和EDX能譜圖。

圖2為不同初始鎘濃度和熱解溫度條件下制備的水葫蘆質生物炭吸附鎘效率(其中，WBC表示水葫蘆生物炭，后面的數字表示水葫蘆熱解溫度)。

具體實施方式

實施例1：本發明提供了一種利用水葫蘆制備生物炭的方法，包括：

(1)水葫蘆預處理：將在未污染的水域中收集到的水葫蘆除雜后風干，并待其風干后置于鼓風干燥箱中于60℃過夜烘干，粉碎至1～2mm，裝入自封帶置于干燥箱中保存備用。

(2)熱解、冷卻：粉碎后的水葫蘆粉末置于氣氛爐中于常溫通氮氣20分鐘，然后以6.5℃/min速率升溫至250℃進行碳化，終溫保持2小時，冷卻至室溫取出，制得水葫蘆質生物炭。整個升溫熱解過程和冷卻至室溫過程均在氮氣環境下進行。

實施例2：如實施例1利用水葫蘆制備生物炭的方法，不同的是實施例1第二步中的熱解終溫不同，本實施方法熱解終溫為350℃。

實施例3：如實施例1利用水葫蘆制備生物炭的方法，不同的是實施例1第二步中的熱解終溫不同，本實施方法熱解終溫為450℃。

實施例4：如實施例1利用水葫蘆制備生物炭的方法，不同的是實施例1第二步中的熱解終溫不同，本實施方法熱解終溫為550℃。

應用實例1：采用上述方法制備的水葫蘆質生物炭用于鎘吸附。鎘吸附實驗條件：

(1)初始鎘濃度為1～500mg/l。

(2)添加0.2g上述方法制備的水葫蘆生物炭到40ml不同初始濃度的鎘溶液當中反應。反應中增加沒有添加生物炭的對照樣。

(3)反應時間為24小時，反應溫度為25℃，振蕩速率為150r/min。