[發(fā)明專利]一種用于吸附水體中磷的改性生物炭及其制備方法和應用

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• 申請日: 2020-07-17
• 公開（公告）號: CN111807453A
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 武海鵬;屈新宇;陳宏;熊鷹;張華剛;肖莎
• 申請（專利權(quán)）人: 長沙理工大學
• 主分類號: C02F1/28
• 分類號: C02F1/28;B01J20/20;B01J20/30;C02F101/20;C02F101/10;C02F101/16;C02F101/30;C02F101/38
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 何文紅

本發(fā)明公開了一種用于吸附水體中磷的改性生物炭及其制備方法和應用，該改性生物炭的制備方法包括以下步驟：對生物炭進行酸處理和堿處理；置于改性溶液中進行超聲震蕩。本發(fā)明制備方法制得的改性生物炭具有金屬離子負載量高、吸附性能好等優(yōu)點，可廣泛用于吸附環(huán)境中的污染物(如磷和鉛)，能夠?qū)崿F(xiàn)對水體中污染物(如磷和鉛)的高效吸附，且該改性生物炭經(jīng)簡單的活化處理后即可繼續(xù)用于對污染物的吸附，有著很高的使用價值和應用前景；同時，本發(fā)明制備方法還具有工藝簡單、操作方便、原料易得、成本低廉等優(yōu)點，可實現(xiàn)大規(guī)模制備，適合于工業(yè)化生產(chǎn)，有利于改性生物炭的推廣應用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水體凈化領(lǐng)域，涉及一種用于吸附水體中磷的改性生物炭及其制備方法和應用。

背景技術(shù)

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，江河湖庫等地表水體的富營養(yǎng)化問題越來越嚴重。造成水體富營養(yǎng)化的主要營養(yǎng)鹽元素是氮和磷，因此治理水體富營養(yǎng)化的關(guān)鍵就是控制氮磷。常用的氮磷去除方法有生物法、化學法和吸附法。生物法去除效率較低，機理復雜，過程不易控制；化學法雖然去除率很高，但是要投加化學試劑，成本高，而且可能造成二次污染；而吸附法常被認為是高效快速、易于操作、無二次污染、可回收利用且成本低廉的方法。其中，生物炭作為新型、廉價的吸附材料已經(jīng)成為國內(nèi)外學者研究的熱點，但生物炭對磷的吸附效果有待進一步加強。與此同時，由于水體中重金屬對環(huán)境和人體具有毒害作用，因而如何去除水體中的重金屬，也受到了極大的關(guān)注。

另外，作為農(nóng)業(yè)大國，我國每年都會產(chǎn)生大量的農(nóng)業(yè)秸稈和畜禽糞便，但目前農(nóng)業(yè)秸稈多被閑置浪費或者就地焚燒，不僅容易造成土地肥力下降，而且產(chǎn)生了嚴重的環(huán)境問題。如每年農(nóng)業(yè)收獲季節(jié)，秸稈的大量焚燒，引起空氣質(zhì)量急劇下降，同時煙霧籠罩機場及高速公路，導致機場及高速公路關(guān)閉，給社會生產(chǎn)、生活帶來諸多不利影響；畜禽糞便也多隨意排放，引發(fā)了一系列的環(huán)境和衛(wèi)生問題。農(nóng)業(yè)秸稈和畜禽糞便的高效處置及資源化利用也因此成為社會各界關(guān)注的焦點。

隨著科技的發(fā)展，科研人員成功地利用生物質(zhì)材料缺氧熱解制備了具有高吸附效率的廉價的生物炭，其吸附能力是活性炭的2～3倍。應用于水體污染控制既解決了水體污染的問題，又實現(xiàn)了生物質(zhì)廢物的資源化利用。而農(nóng)業(yè)秸稈和畜禽糞便是一種優(yōu)質(zhì)的生物質(zhì)材料，這為解決上述問題提供了可能。生物炭對多種污染物具有較好的吸附效率，但對磷的吸附效率有待進一步提高。同時，為了提高生物炭對磷的吸附效率，目前采用的新技術(shù)為生物炭原材料中加入鋁鹽或鐵鹽后高溫熱解，這種技術(shù)雖然在一定程度上提高了生物炭的吸附效率(特別是對磷的吸附效率)，但生物質(zhì)材料炭化前微孔結(jié)構(gòu)有限，負載金屬離子的能力不強；同時，為了提高生物炭吸附能力，一般都會進行酸或堿活化，而現(xiàn)有該技術(shù)制備的生物炭在酸或堿活化后，負載的部分金屬離子會發(fā)生置換、沉淀、解吸等反應而脫離生物炭，從而降低了金屬離子負載量和吸附功效。因此，如何獲得一種金屬離子負載量高、吸附性能好的改性生物炭，對于有效去除廢水中的污染物具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種金屬離子負載量高、吸附性能好的用于吸附水體中磷的改性生物炭及其制備方法，還提供了一種該改性生物炭在處理含磷廢水或含重金屬廢水中的應用。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種用于吸附水體中磷的改性生物炭的制備方法，包括以下步驟：

S1、將生物炭進行酸處理和堿處理；

S2、將步驟S1中得到的生物炭置于改性溶液中進行超聲震蕩，得到改性生物炭；所述改性溶液為鋁鹽溶液、鐵鹽溶液、鋁鐵鹽溶液中的至少一種。

上述的改性生物炭的制備方法，進一步改進的，步驟S2中，所述超聲震蕩的時間為1h～4h。