[發(fā)明專(zhuān)利]一種富含鈣的生物炭的制備方法和應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110273491.7
• 申請(qǐng)日: 2021-03-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113042018A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭懷禮;鐘正;胡雅丹;趙瑞;安延嚴(yán);劉霜;包兵
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B01J20/30
• 分類(lèi)號(hào): B01J20/30;B01J20/20;C02F1/28;C02F101/20;C02F101/34;C02F101/36;C02F101/38
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本發(fā)明公開(kāi)一種富含鈣的生物炭的制備方法，將蟹殼洗凈、烘干研磨后過(guò)篩，將預(yù)處理后的蟹殼粉置于馬弗爐中一定溫度下煅燒一定時(shí)間得到富鈣生物炭，反應(yīng)結(jié)束后待生物炭冷卻至室溫得到富含鈣的生物炭。馬弗爐升溫速率為5～15℃/min，煅燒溫度為250～750℃，煅燒時(shí)間為1～5h。本發(fā)明方法制備的材料具有優(yōu)良的吸附能力、穩(wěn)定性強(qiáng)；且合成方法簡(jiǎn)單易操作、對(duì)儀器設(shè)備要求低、制備周期短且對(duì)原材料進(jìn)行簡(jiǎn)單的預(yù)處理即可。還提供所述富含鈣的生物炭應(yīng)用去除水中的環(huán)丙沙星抗生素及重金屬銅離子。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種富含鈣的生物炭的制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

由于人們對(duì)抗生素的過(guò)度依賴(lài)和大量使用，導(dǎo)致大量抗生素進(jìn)入環(huán)境成為新型污染物，威脅著環(huán)境和人類(lèi)健康。據(jù)報(bào)道，抗生素進(jìn)入機(jī)體后，停留時(shí)間很短并且只有很少一部分被吸收進(jìn)生物體進(jìn)行新陳代謝，60％～90％的抗生素以原型或其代謝產(chǎn)物的形式隨糞尿排出體外，最終通過(guò)醫(yī)院廢水、養(yǎng)殖廢水、生活污水等途徑進(jìn)入環(huán)境。抗生素中的環(huán)丙沙星又被稱(chēng)為環(huán)氟哌酸，是一種典型的人工合成的氟喹諾酮抗生素藥物。因其具有較強(qiáng)的殺菌作用而被廣泛用作治療和預(yù)防人類(lèi)和動(dòng)物疾病的抗菌藥。環(huán)丙沙星的大量使用使得一些致病菌產(chǎn)生耐藥性，使得致病菌長(zhǎng)期存活于環(huán)境中會(huì)威脅人類(lèi)健康。此外，環(huán)丙沙星能促進(jìn)抗性基因的產(chǎn)生,抗性基因作為一類(lèi)新式污染物，其危害比抗生素自身要大，這給人類(lèi)的身體狀況和生態(tài)環(huán)境保護(hù)安全性造成了不能預(yù)測(cè)分析的風(fēng)險(xiǎn)性。當(dāng)環(huán)丙沙星進(jìn)入到污水處理環(huán)境時(shí)，還會(huì)對(duì)污水處理中的菌種造成影響，使水處理效果降低。

目前，水中重金屬污染已經(jīng)成為世界性的嚴(yán)重資源環(huán)境問(wèn)題。重金屬具有毒性大、污染時(shí)間長(zhǎng)、毒性富集及對(duì)人體危害大等顯著污染特點(diǎn)。銅離子作為重金屬之一，也是動(dòng)植物生命生活必須的微量元素。但當(dāng)生物體內(nèi)的銅積累到一定數(shù)量后，就會(huì)出現(xiàn)不同程度的受害癥狀，例如生理功能受阻、發(fā)育遲緩甚至是死亡。對(duì)水環(huán)境的生態(tài)結(jié)構(gòu)和功能造成受損、崩潰的后果。

當(dāng)前常用的處理水中抗生素的方法有化學(xué)氧化法、膜處理法和吸附法。而常用的處理水中重金屬的方法有電滲析法、反滲透法、絮凝法、離子交換法和吸附法。在兩類(lèi)污染物處理中，吸附法因成本低、工藝簡(jiǎn)單且高效而被廣泛使用。

蟹殼是水產(chǎn)品加工過(guò)程中的副產(chǎn)物，年產(chǎn)量巨大。但目前，大量的蟹殼被直接丟棄在土壤環(huán)境中。這樣不僅會(huì)造成大量的浪費(fèi)，還會(huì)對(duì)水土環(huán)境造成嚴(yán)重污染。因此，如何有效、充分地處理廢棄蟹殼，是目前我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展中迫切需要解決的問(wèn)題之一。蟹殼的主要成分是碳酸鈣、碳酸鎂、甲殼素和蛋白質(zhì)。為了充分利用蟹殼中有價(jià)值的成分，常用的蟹殼處理方法有：提取蛋白、提取甲殼素、制備殼聚糖和制備調(diào)料等方法。但上述方法工藝復(fù)雜、經(jīng)濟(jì)成本高且容易對(duì)環(huán)境造成二次污染。生物炭是生物質(zhì)在熱降解條件下獲得的富碳多孔固體產(chǎn)物。由于其具有較大的比表面積、豐富的孔隙結(jié)構(gòu)、大量的含氧官能團(tuán)和無(wú)機(jī)礦物，使其在土壤改良和環(huán)境污染物治理方面具有巨大潛力。蟹殼作為一種有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合材料，將其生產(chǎn)為富含鈣的生物炭運(yùn)用到環(huán)境治理中使用，即可以減少對(duì)環(huán)境污染，又可以實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的充分有效利用和綠色環(huán)保。目前將蟹殼生產(chǎn)的富含鈣的生物炭作為原材料且用作生物吸附劑，吸附水體中的抗生素和重金屬鮮有報(bào)道，但其巨大污染物治理潛力，使得其成為研究熱點(diǎn)，也是本領(lǐng)域技術(shù)人員的重點(diǎn)研究方向。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有蟹殼應(yīng)用的不足，本發(fā)明的目的在于充分利用蟹殼的特殊成分和功能，提供本發(fā)明公開(kāi)的一種富含鈣的生物炭的制備方法。本發(fā)明方法制備的材料具有優(yōu)良的吸附能力、穩(wěn)定性強(qiáng)；且合成方法簡(jiǎn)單易操作、對(duì)儀器設(shè)備要求低、制備周期短且對(duì)原材料進(jìn)行簡(jiǎn)單的預(yù)處理即可。還提供所述富含鈣的生物炭應(yīng)用去除水中的環(huán)丙沙星抗生素及重金屬銅離子。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種富含鈣的生物炭的制備方法，其特征在于將蟹殼洗凈、烘干研磨后過(guò)篩，將預(yù)處理后的蟹殼粉放到坩堝中蓋上蓋子而后置于馬弗爐中熱解得到生物炭，反應(yīng)結(jié)束后待生物炭冷卻至室溫得到富含鈣的生物炭。