[發明專利]一種同步固載鎘和砷的鐵改性蛋殼生物炭制備工藝及應用

有效

• 申請號: 202110158329.0
• 申請日: 2021-02-05
• 公開（公告）號: CN112980446B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 默罕默德·沙菲克·伊斯蘭姆;陳雅麗;李永濤;馬杰;翁莉萍
• 申請（專利權）人: 農業農村部環境保護科研監測所
• 主分類號: C09K17/02
• 分類號: C09K17/02;C09K17/06;B09C1/08;B01J20/20;B01J20/04;B01J20/02;B01J20/30;A01G22/22;C09K101/00
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 劉丹舟

本發明涉及一種同步固載鎘和砷的鐵改性蛋殼生物炭制備工藝，包括：1)蛋殼烘干研磨處理；2)雞蛋殼粉末與0.4?1.2mol/L FeSO₄溶液混合改性處理；3)熱解和冷卻到室溫；4)在70?90℃下烘干48h，得到成品。將本方法應用于水稻土壤污染治理中，該鐵改性蛋殼生物炭不需額外添加碳酸鈣來保持生物炭對鎘的吸附固載能力，同時具有磁性，可以通過磁力有效地將吸附的污染物分離去除，在堿性環境下對鎘砷的吸附容量能達50mg/g以上，提供了一種能同時具備吸附Cd和As能力并實現其從污染土壤/水體中有效移除的吸附材料，具有重要的研發和應用意義。

技術領域

本發明屬于環境保護領域，涉及土壤污染治理技術，尤其是一種同步固載鎘和砷的鐵改性蛋殼生物炭制備工藝及應用。

背景技術

據文獻記載，我國耕地土壤點位超標率達19.4％，其中在8種無機污染物中，鎘污染的點位超標率最高，砷污染排名第三，兩者點位超標率分別達到7.0％和2.7％。鎘和砷均具有極強的生物毒性。研究顯示，土壤中的重金屬通過大氣沉降、畜禽糞便、化肥等途徑進入土壤，造成土壤中重金屬累積并超標；另一方面，相當數量的鎘和砷也通過各種途徑(如礦山開采過程中尾礦庫以及涉及重金屬鎘和砷的化工、制革、造紙等行業污染廢水排放或泄漏等)進入地下水之中，使地下水鎘和砷污染加劇。

生物炭是生物質在厭氧或限氧條件下經低溫熱裂解后生成的一類含碳豐富、高度芳香化的多孔碳質固體材料。由于生物炭具有多孔結構、高比表面積、豐富的官能團，因此可以固載土壤中的許多污染物，從而有效降低這些污染物在土壤中的生物有效性，使其成為土壤污染修復領域的研究熱點。蛋殼的碳酸鈣含量高(約為95-98％)，可以作為其他石灰材料的替代品，用于廢水和土壤中重金屬的固定，對蛋殼進行回收或再利用可以減少其對環境的污染。

鎘和砷的化學行為相反，治理鎘污染土壤的方法與材料通常不適于砷污染的治理，生物炭能有效地固定鎘，卻能通過還原砷來增加砷的移動性和有效性，與此同時，針對土壤重金屬污染，目前的土壤污染修復材料以鈍化重金屬為主，并不能將重金屬從土壤中移除。因此，基于蛋殼研發一種能同時具備吸附鎘和砷能力，并從污染土壤/水體有效移除的吸附材料具有重要意義。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足之處，提供一種同步固載鎘和砷的鐵改性蛋殼生物炭制備工藝及應用，該鐵改性生物炭材料成本低，制備流程簡單，鎘砷同步固載效果好，尤其在堿性環境下用于土壤修復，可增加土壤肥力，促進作物生長，提升作物產量，同時可通過磁力回收利用，在水體中可自然沉淀分離。

本發明解決其技術問題是采取以下技術方案實現的：

一種同步固載鎘和砷的鐵改性蛋殼生物炭制備工藝，具體工藝步驟如下：

1)將雞蛋殼用去離子水清洗干凈，在50-90℃下烘24小時，研磨，過50-100目篩備用；

2)將步驟1)研磨處理后的雞蛋殼粉末與0.4-1.2mol/L FeSO₄溶液混合，固液比為0.05-2:2-8，用磁力攪拌器充分攪拌12h，在70℃下烘48小時，備用；

3)將上述含鐵雞蛋殼樣品放入馬弗爐中炭化，以10℃/min的速率升溫至450℃-650℃，熱解1-2小時，待冷卻到室溫后取出；

4)將上述樣品取出后過50-100目篩，洗滌至pH無明顯變化，在70-90℃下烘干48h，得到成品。

而且，步驟2)中FeSO₄溶液的濃度為0.8mol/L。

而且，步驟2)中雞蛋殼粉末與FeSO₄溶液混合固液比為1:5。

而且，步驟3)中熱解和冷卻到室溫過程在厭氧或限氧環境中進行。

而且，厭氧條件下，向馬弗爐中以300cm³/min的速率通入氮氣。