[發明專利]利用水生植物廢棄物與赤鐵礦制備改性生物炭的方法

在審

• 申請號: 201610274357.8
• 申請日: 2016-04-28
• 公開（公告）號: CN105771898A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發明（設計）人: 王博;楊登越;李法云;范志平;陳鑫;王迦欣;郭仕林
• 申請（專利權）人: 遼寧石油化工大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/30;C02F1/28
• 代理公司: 沈陽亞泰專利商標代理有限公司 21107
• 代理人: 郭元藝

技術領域

本發明屬生物炭吸附材料領域，涉及一種利用水生植物廢棄物與赤鐵礦制備生物 炭方法。

背景技術

隨著社會經濟的快速發展，大量廢水和農田徑流排入自然水體，導致水體營養鹽 含量不斷升高，富營養化問題日趨嚴重。其中，水體營養鹽中硝酸根和磷酸根等陰離子是水 體營養物質的主要存在形態，因此針對水體硝酸根以及磷酸根的去除方法眾多。

目前公認較有效的方法之一是水生植物修復法，但是水生植物在秋冬季會衰亡腐 解，對水體造成二次污染。如何處理衰亡期的水生植物枯落物，提高資源利用率，是現今水 生植物修復及枯落物處置的熱點及難點。國內外已有研究針對植物廢棄物制備生物炭進行 資源化利用的研究。生物炭是生物殘體在缺氧情況下經高溫熱解產生的一類富含碳素的固 態混合物，是一種新型、廉價的吸附材料。但是已有許研究表明由于生物炭為帶負電荷的基 團，其陽離子交換量要高于陰離子交換量，生物炭主要吸附陽離子而不能吸附陰離子，生物 炭本身對硝酸根以及磷酸根沒有吸附能力。

提高生物炭對硝酸根以及磷酸根的吸附能力有效的手段主要是對生物炭進行負 載鐵。例如，一種常見的方法是利用熱解FeCl₃對生物炭進行負載鐵處理，能極大的提高生 物炭對水體硝酸鹽以及磷酸鹽的吸附能力。然而，現有負載鐵的生物炭復合材料制備方法 相對復雜以及昂貴。

發明內容

本發明旨在克服現有技術的不足之處而提供一種對硝酸鹽以及磷酸鹽吸附能力 強，穩定性高，可重復使用，易于工業化生產的利用水生植物廢棄物與赤鐵礦制備改性生物 炭的方法。

為解決上述技術問題，本發明是這樣實現的。

利用水生植物廢棄物與赤鐵礦制備改性生物炭的方法，可按如下步驟實施。

（1）將水生植物自然風干，使其內部含水率低于10%，然后粉碎過100目篩子，獲得 水生植物粉末。

（2）將赤鐵礦粉碎后，過100目篩，獲得赤鐵礦粉末。

（3）稱取一定量赤鐵礦粉末放入去離子水中，經超聲波處理得到懸濁液。

（4）稱取步驟（1）所述水生植物粉末，浸泡于步驟（3）所述懸濁液中，攪拌，在80℃ 條件下烘干，獲得水生植物與赤鐵礦充分混合物。

（5）稱取步驟（4）所述水生植物與赤鐵礦充分混合物，將混合物置于箱式氣氛爐 中，向爐內通入氮氣；程序升溫至目標溫度，保持終溫熱解；熱解過程結束后，即得目的產物 改性生物炭。

作為一種優選方案，本發明所述水生植物為蘆葦、香蒲或茭草中的一種。

進一步地，本發明所述步驟（3）中赤鐵礦與去離子水的質量體積比為1:25；其中赤 鐵礦的質量單位為克，去離子水體積的單位為毫升。

進一步地，本發明所述步驟（3）中通過超聲波儀進行超聲波處理，超聲時間為1h。

進一步地，本發明所述步驟（4）中攪拌時間為1h，攪拌速率為200rpm。

進一步地，本發明所述步驟（5）中爐內氮氣流速為400mL/min；程序升溫速率控制 10°C/min；目標溫度為500°C；500°C下終溫熱解持續20min。

進一步地，為了防止改性生物炭改變水體pH值，本發明將步驟（5）所得改性生物炭 通過去離子水進行反復沖洗至中性；并在80℃下烘干獲得pH值為中性的改性生物炭。

赤鐵礦是廣泛存在的天然氧化鐵礦物之一，有研究表明，其有良好的吸附磷酸鹽 的能力。并且，熱處理會激活赤鐵礦的磁性，提高其在水溶液的吸附能力。

因此，本發明由于采用的水生植物廢棄物以及赤鐵礦均是豐富以及廉價的低成本 天然材料，因此通過此方法制備的負載鐵改性生物炭成本低廉。并且可在原位收集水生植 物并制備生物炭，移入水體，減少了運輸成本。

與現有技術相比，本發明具有如下特點。

（1）與現有生物炭或類生物炭吸附劑技術相比，本發明提供的改性生物炭對硝酸 鹽以及磷酸鹽具備了吸附能力，并且吸附性能非常高。

（2）本發明提供的改性生物炭，利用的水生植物廢棄物以及赤鐵礦均是非常便宜 以及容易獲得原材料。

（3）本發明通過化學改性方法進行的改性，具有相當的穩定性，吸附后解吸再生并 可以重復使用。

（4）本發明提供的制備方法簡易，易于工業化生產。