[發明專利]負載氯磷灰石的生物炭復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201710666323.8
• 申請日: 2017-08-07
• 公開（公告）號: CN107376839A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 萬佳;莫丹;曾光明;黃丹蓮;鄧銳;胡亮;黃超;薛文靜;賴萃;文曉鳳;周成赟;龔小敏;程敏
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/30;C02F11/00;C02F101/20
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙)43008
• 代理人: 何文紅

技術領域

本發明屬于污染底泥中重金屬處理的物理化學領域，涉及一種生物炭復合材料及其制備方法，具體涉及一種負載氯磷灰石的生物炭復合材料及其制備方法。

背景技術

隨著社會和經濟的發展，我國的環境污染問題日益嚴重，直接威脅到人類的健康和生存。從采礦業、冶金、表面處理以及重工業排放至環境中的重金屬鉛，鎘，砷等對生物體具有嚴重的毒害作用，甚至能夠直接導致生物的死亡。因此如何解決重金屬污染問題成為人們關注的焦點。現有治理重金屬污染的常規方法包括化學穩定技術、生物修復技術以及異位填埋。最近研究比較集中，發展也較迅速的治理措施主要是化學穩定技術。化學穩定技術主要是利用一些活性物質，如生物炭，沸石，磷酸鹽，有機物料等，通過化學沉淀或者吸附作用改變重金屬的賦存形態從而降低其在環境中的生物可利用性和生物毒性，達到穩定重金屬和修復污染底泥的目的。

現有研究表明以生物炭作為土壤修復劑能夠在一定程度上改良土壤性能，而且通過改變土壤的理化性質或直接利用生物炭的吸附作用能夠改變重金屬的賦存形態，減少重金屬的生物毒性，從而達到修復重金屬污染土壤的目的，但是在這一過程中，由于生物炭本身無法直接與重金屬發生化學反應生成穩定的重金屬化合物，且生物炭的吸附作用不足以固定重金屬，所以利用生物炭穩定土壤中的重金屬不具有長期效應，無法對土壤中重金屬的長期穩定。實際上，經生物炭處理后，土壤中的重金屬很可能隨著外界環境條件的改變而重新活化，并重新進入到土壤中，從而繼續威脅人類的健康和生存。雖然氯磷灰石能夠與重金屬發生化學反應生成重金屬化合物，但是由于氯磷灰石容易團聚且易沉淀，導致其反應性和遷移性降低，因而對重金屬的穩定效果差。由于氯磷灰石存在溶解度有限、顆粒大、自然條件下無法遷移等缺點，因而在實際應用中受到了一定的限制。現有研究中，以表面活性劑(如十二烷基硫酸鈉和鼠李糖脂)為改性材料，通過對氯磷灰石進行改性能夠在一定程度上解決氯磷灰石易團聚的問題，能夠將底泥中的重金屬由不穩定的形態轉化成穩定的殘渣態，但是上述的改性氯磷灰石材料在實際的應用過程中仍然存在以下問題：(1)重金屬不穩定的形態所占比例仍然較高，即穩定的殘渣態所占比例需進一步提高；(2)對底泥中的微生物具有一定的毒害作用，甚至會殺死微生物，即影響底泥中的微生物生態環境。另外，由于生物炭和氯磷灰石都屬于固體粉末材料，現有傳統的制備方法很難將二者直接有效的結合在一起，如存在附著物量少、附著物集中、無法附著到材料內部結構中以及附著穩定性差等問題，從而限制了材料的實際應用。因此，獲得一種對重金屬穩定效果好的環境友好型復合材料及其制備方法對于治理重金屬污染具有重要意義。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種對重金屬穩定效果好、環境友好型的負載氯磷灰石的生物炭復合材料，同時還提供了一種制備成本低、操作簡單的負載氯磷灰石的生物炭復合材料的制備方法。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種負載氯磷灰石的生物炭復合材料，所述負載氯磷灰石的生物炭復合材料包括生物炭和氯磷灰石；所述氯磷灰石負載在所述生物炭上。

上述的負載氯磷灰石的生物炭復合材料中，優選的，所述氯磷灰石附著在所述生物炭的表面及內部孔隙結構中。

上述的負載氯磷灰石的生物炭復合材料中，優選的，所述負載氯磷灰石的生物炭復合材料中所述生物炭與所述氯磷灰石的質量比為2～3∶1；所述負載氯磷灰石的生物炭復合材料的比表面積為305m²/g～342m²/g。

作為一個總的技術構思，本發明還提供了一種上述的負載氯磷灰石的生物炭復合材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、將竹屑粉末與氯磷灰石懸浮液混合，攪拌，離心，去除上清液，得到混合物；

S2、將步驟S1中的混合物進行煅燒，研磨，得到負載氯磷灰石的生物炭復合材料。

上述的制備方法中，優選的，所述步驟S1中，所述攪拌的速度為1000r/min～1200r/min；所述攪拌的時間為23h～25h；所述離心的速度為4500r/min～5000r/min；所述離心的時間為20min～25min；

和/或，所述步驟S2中，所述煅燒的溫度為595℃～605℃；所述煅燒的時間為2h～2.5h。

上述的制備方法中，優選的，所述氯磷灰石懸浮液的制備包括以下步驟：

(1)將CaCl₂溶液逐滴加入到超純水中，攪拌，得到混合溶液；