[發(fā)明專利]一種可固定砷的炭材料的制備及應(yīng)用方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110460876.4
• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN113083232B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳松;斯敦峰;周東美
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/30;B09C1/00;B09C1/10;C01B32/318;C01B32/348;C02F3/28;C10B53/02;C10B57/06;C02F101/10;C02F103/06;C02F1/28
• 代理公司: 北京棧橋知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11670
• 代理人: 劉婷

本發(fā)明公開了一種可固定砷的炭材料的制備及應(yīng)用方法，涉及土壤污染修復技術(shù)領(lǐng)域，包括S1：生物質(zhì)預處理，選用木屑作為原材料，將木屑與碳酸鉀以1:1的質(zhì)量比混合，加水振蕩培養(yǎng)4h，再將混合液進行烘干；S2：生物質(zhì)熱解，將S1中得到的混合物加入熱解裝置進行熱解，熱解溫度500?900℃，熱解時長2?3h，熱解完成后得到經(jīng)碳酸鉀活化的生物質(zhì)炭；S3：三價砷固定，將含有三價砷的物質(zhì)進行溶解，溶解后加入硫代硫酸鈉、經(jīng)碳酸鉀活化的生物質(zhì)炭和厭氧微生物Shewanella oneidensis MR?1，進行厭氧培養(yǎng)4h以上，對三價砷進行固定，本發(fā)明通過碳酸鉀降低固定砷的生物質(zhì)炭所需熱解的條件，也提高了生物質(zhì)炭固定砷的效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及土壤污染修復技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種可固定砷的炭材料的制備及應(yīng)用方法。

背景技術(shù)

炭材料作為一種常見的環(huán)境修復材料，在土壤有機和無機污染修復方面具有廣泛的應(yīng)用前景。由于炭材料表面通常帶負電，因此大量的研究將其應(yīng)用于陽離子型重金屬污染物(Hg²⁺、Cd²⁺、Pb²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺等)的修復。但砷在環(huán)境中通常以含氧陰離子(AsO₄^3-，HAsO₄^2-，H₂AsO₄^-，AsO₃^3-，HAsO₃^2-，H₂AsO₃^-)的形式存在，炭材料對砷的吸附能力非常微弱。在厭氧土壤和地下水環(huán)境中，隨著砷的還原溶出，其生態(tài)環(huán)境風險大大增加；炭材料由于具有氧化還原特性，可以促進砷的厭氧釋放，從而進一步加劇砷的環(huán)境風險。因此，在將炭材料應(yīng)用于土壤、地下水和含砷廢水處理的過程中，通常將其進行改性處理，在表面負載鐵錳氧化物或二氧化鈦等具有砷吸附能力的金屬氧化物，從而使金屬氧化物改性的炭材料可以在有氧環(huán)境中高效的吸附固定砷。當土壤、地下水和含砷廢水由好氧轉(zhuǎn)化為厭氧時，金屬氧化物負載炭材料中鐵錳氧化物的還原溶解，會導致砷的部分釋放，從而降低其砷固定效果。因此，有必要研發(fā)在厭氧環(huán)境中可以高效固定三價砷的鈍化材料，用于土壤、地下水和含砷廢水的修復處理。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種可固定砷的炭材料的制備及應(yīng)用方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種可固定砷的炭材料的制備方法，包括以下步驟：

S1：生物質(zhì)預處理

選用木屑作為原材料，將木屑與碳酸鉀以1:1的質(zhì)量比混合，加水振蕩培養(yǎng)4h，得到混合液，再將混合液進行烘干，得到混合物；

S2：生物質(zhì)熱解

將S1中得到的混合物加入熱解裝置進行熱解，熱解時充入氮氣作為保護氣體，熱解溫度500-900℃，熱解時長2-3h，熱解完成后得到經(jīng)碳酸鉀活化的生物質(zhì)炭；

S3：三價砷固定

將含有三價砷的物質(zhì)進行溶解，溶解后加入硫代硫酸鈉、經(jīng)碳酸鉀活化的生物質(zhì)炭和厭氧微生物Shewanella oneidensis MR-1，在密封環(huán)境進行厭氧培養(yǎng)，培養(yǎng)過程中伴隨機械攪拌，在培養(yǎng)4h后經(jīng)碳酸鉀活化的生物質(zhì)炭可對溶液中的三價砷進行固定。

進一步地，所述步驟S3中所述三價砷的物質(zhì)溶解后三價砷的濃度為7.5mgL^-1，硫代硫酸鈉加入后的濃度為2mmolL^-1，所述經(jīng)碳酸鉀活化的生物質(zhì)炭加入量為1g/L，當有溶解態(tài)硫離子釋放時，經(jīng)碳酸鉀活化的生物質(zhì)炭開始對三價砷進行固定。