[發明專利]生物炭復合材料及其應用

在審

• 申請號: 201510037104.4
• 申請日: 2015-01-23
• 公開（公告）號: CN104549155A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發明（設計）人: 朱永官;孫國新;陳正;鄭瑞倫;陳鵬
• 申請（專利權）人: 中國科學院生態環境研究中心
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;C02F1/28;C02F1/62;B09C1/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢

技術領域

本發明涉及一種生物炭復合材料及其應用。

背景技術

近年來我國重金屬污染集中爆發，鎘米、血鉛事件時有發生。造成這些事件的主要原因是土壤或水體重金屬污染，特別是鎘和鉛的污染尤其嚴重。今年環境保護部和國土資源部聯合頒布的《全國土壤污染狀況調查公報》指出，農田土壤重金屬超標達19.4％，其中主要污染物包括鎘和鉛。鎘和鉛的污染治理越來越突出。目前含鎘和鉛的廢水處理主要有化學沉淀法，離子交換法、反滲透法、電解法等。土壤中鎘和鉛重金屬修復主要是電動修復法和、淋洗法和化學固化-穩定化等。原位固化-穩定化以其易于操作、低成本等特點逐漸成為修復重金屬污染土壤的一種有效方法。最近，用農業廢棄物(如植物秸稈、牲畜糞便等)制成的生物炭，由于其原材料比較單一，基本不含有毒物質，且對減少土壤溫室氣體的排放、碳的固定、改善土壤理化性狀和土壤污染物修復方面都表現出了積極作用而備受關注。

生物炭是由植物生物質在完全或部分缺氧的情況下，經熱解炭化產生的一類高度芳香化的難熔性固態物。其具有多孔性，表面積大和表面帶有大量的負電荷等特性，表現出極強的重金屬吸附能力，能夠吸附多種重金屬。生物炭中有機炭含量可以高達90％，具有很高的生物化學和熱穩定性，可長期穩定地存在于環境中而不易被礦化，因此可以將生物炭施入土壤來長期穩定吸附土壤中重金屬鎘和鉛。利用工農業生物質廢棄物材料制備生物炭，再利用該生物炭處理重金屬污染，是以廢治廢的理想模式。

發明內容

本發明的目的是提供一種生物炭復合材料及其應用。

本發明提供的生物炭復合材料，由生物炭和鐵的氧化物組成；

其中，所述鐵的氧化物負載在所述生物炭的表面。

上述生物炭復合材料中，所述鐵的氧化物具體可選自三氧化二鐵和四氧化三鐵中的至少一種；

所述鐵的氧化物中，鐵元素與所述生物炭的質量比為1.5-5：100，具體為4.6：100；

所述生物炭為由生物質炭化而得的產物；

所述生物質具體選自水稻秸稈、大豆秸稈、稻殼、果殼、玉米棒和竹子中的至少一種。

所述炭化步驟中，炭化氣氛為惰性氣氛或氮氣氣氛；

溫度為400℃～700℃，具體可為400℃、500℃、700℃；

時間為2小時-6小時，具體可為2小時、4小時、6小時。

本發明提供的制備所述生物炭復合材料的方法，包括如下步驟：

將所述生物炭與浸漬液混合進行第一次超聲后，調節體系的pH值至4以上，進行第二次超聲，將所述第二次超聲所得體系洗滌，干燥，得到所述生物炭復合材料；

所述浸漬液為鐵鹽的水溶液。

上述方法中，所述鐵鹽為三氯化鐵或硫酸鐵；

所述浸漬液的濃度為0.5mol/L-2mol/L；

所述浸漬液與生物炭的用量比為1L：50g-150g，具體為1L：100g。

所述體系的pH值具體可為8-14，更具體可為8；

所述第一次和第二次超聲步驟中，功率均為50-100W；

時間均為0.5h-2h；各種常用的超聲設備均適用，如單槽式超聲波清洗器；

所述洗滌步驟中，所用洗滌劑為水；

所述干燥步驟中，溫度為100-110℃，具體為105℃；

時間為18-48小時，具體為24小時。

另外，上述本發明提供的生物炭復合材料在吸附鉛元素和/或鎘元素中的應用，也屬于本發明的保護范圍。

所述鉛元素或鎘元素為存在于水體或土壤中的鉛元素或鎘元素。

所述水體具體為廢水，更具體為含鉛元素和/或鎘元素的廢水；

所述鉛元素的價態具體可為二價；

所述鎘元素的價態具體可為二價；

所述水體中，鉛元素或鎘元素的濃度為1mg/L-10mg/L，具體為5mg/L；

所述生物炭復合材料在所述水體中的濃度為1g/L-5g/L。

所述吸附的條件如下：在室溫下于搖床中振蕩。

所述振蕩步驟中，搖床轉速為100rpm-200rpm，具體為150rpm；

振蕩時間為12h-24h，具體為12h。