[發明專利]利用海泡石和泔水油制備生物炭/海泡石納米復合材料的方法

有效

• 申請號: 201510097662.X
• 申請日: 2015-03-05
• 公開（公告）號: CN104741078B
• 公開（公告）日: 2017-03-22
• 發明（設計）人: 王愛勤;牟斌;宗莉;康玉茹;王文波
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所盱眙凹土應用技術研發中心
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/30;C09K17/08;C01B32/05
• 代理公司: 淮安市科翔專利商標事務所32110
• 代理人: 韓曉斌

技術領域

本發明涉及納米復合材料制備方法，具體涉及一種利用海泡石和泔水油制備生物炭/海泡石納米復合材料的方法。

背景技術

隨著經濟的飛速發展，受到重金屬污染的地區越來越多，環境問題也日益突出，特別是鉛、鎘等常見的重金屬元素，對土地造成的污染尤為嚴重。在眾多的修復材料中，近年來黏土礦物和生物炭受到了廣泛關注。

通過向污染土壤中添加黏土礦物，利用黏土礦物對重金屬的吸附、配位、共沉淀等作用，降低重金屬的移動性和生物有效性，減少重金屬向水體和植物及其他環境單元的遷移，從而實現重金屬污染土壤的化學修復。由于黏土礦物資源豐富、修復過程操作簡單、修復效果迅速，使其在重金屬污染土壤的治理過程中有著不可替代的作用。但原位鈍化修復技術是治標不治本的方法。

生物炭施入土壤能夠提高土壤有機碳含量，改善土壤保水、保肥性能，減少養分損失，有益于土壤微生物棲息和活動，是良好的土壤改良劑。生物炭延緩肥料在土壤中的養分釋放，降低養分損失，提高肥料養分利用率，生物炭是肥料的增效栽體。生物炭在土壤中極為穩定，可長期將碳固定于土壤，是固碳的潛力載體。試驗結果表明，施用生物炭能降低交換態鎘的含量，促進碳酸鹽結合態、鐵猛氧化結合態及有機態鎘的形成（農業科技與裝備，2013，（1）：6-7）。

近年來的研究表明，黏土更多為扁平的顆粒，而沙土顆粒更加圓滑，但生物炭是沒有定型的。將黏土與生物炭結合，更能有效束縛土壤中的重金屬，改善土壤的團粒結構。因此，生物炭/黏土礦物復合材料越來越受到人們的重視。

傳統的生物炭主要是采用農林廢棄物在缺氧條件下不完全燃燒而制備的，很少有人利用泔水油來制備。餐飲廢油又稱泔水油。據報道，我國現有300 多萬家大小餐館，每年排放的泔水中含廢油高達幾百萬噸。雖然各地習慣及處理措施不同，排放泔水含油濃度不一，但由于我國目前沒有對城市餐飲泔水加以有效的開發利用，因而引發了污染環境、資源浪費、非法經營等一系列社會問題。

泔水油作為傳統油酸的原料，該工藝為我國傳統小型油酸廠普遍采用，但由于水解過程中大量使用酸堿，成本高、二次污染大，環保治理難度大，同時副產品固體酸碘價高，凝固點低，只限于生產低檔肥皂、黃油等使用，產品附加值低、經濟效益差。張曉斌提出了聯產油酸、甘油、硬脂酸新工藝（安徽科技，2011，（11）：26-28），但仍存在處理過程復雜和經濟效益不顯著等問題。因此，如何開拓泔水油的新用途，不僅可減少環境污染和資源浪費，而且可杜絕非法經營等社會問題。

海泡石是一種具有獨特納米纖維狀結構的層鏈狀含水富鎂、鋁硅酸鹽黏土礦物，具有較大的比表面積和類似分子篩的微孔結構，表現出很強的表面活性和吸附性能，是一種性能優異的天然納米礦物材料。海泡石特殊孔道、活性中心的存在使其具備非常好的油脂吸附能力，已經在在動植物油脂的脫色及其精煉方面得到廣泛應用。

發明內容

本發明的目的在于：提供一種利用海泡石和泔水油制備生物炭/海泡石納米復合材料的方法，吸附泔水油的海泡石焙燒后得到的負載生物炭/海泡石納米復合材料，不僅實現了泔水油的再利用，而且利用海泡石和生物炭之間的協同效應，為土壤改良和修復開辟新途徑。

本發明的技術解決方案是：首先利用海泡石直接吸附泔水油，壓濾后將吸附油脂的海泡石在氮氣保護下炭化，最后經洗滌、烘干、過篩得負載生物炭的海泡石納米復合材料。

其中，海泡石是經過有機化改性處理過的，所用有機化改性劑為十二烷基三甲基氯化銨、十四烷基三甲基氯化銨、十六烷基三甲基氯化銨、十八烷基三甲基氯化銨、雙十六烷基三甲基氯化銨、雙十八烷基三甲基氯化銨中的一種，其用量為海泡石用量的2-15%，固/液比為1:10，反應時間4-12h。

其中，利用改性海泡石直接吸附已工業化分離市售的的泔水油，吸附時間為4-24h，其固/液比為1:5-10。

其中，壓濾機壓濾后海泡石的含油率＜15%。

其中，炭化設備為回轉窯，炭化溫度為300-600 oC，炭化時間為1-5 h，炭化氣氛為氮氣。

其中，炭化后采用乙醇溶劑洗滌，100-120 oC烘干，過200目篩。

本發明具有以下優點：

（1）將海泡石進行有機化改性，有利于泔水油的有效吸附，增加產品的生物炭負載量。

（2）利用海泡石直接吸附泔水油，經高溫炭化處理，使其吸附的泔水油炭化，得到負載生物炭/海泡石納米復合材料，在滿足土壤改良和修復材料需求的同時，實現了泔水油的再利用。