對砷鎘復合污染修復的磁性生物炭吸附材料的制備方法技術

本發明專利技術公開了一種對砷鎘復合污染修復的磁性生物炭吸附材料的制備方法，包括如下步驟：1)、將植物秸稈干燥、粉碎，作為生物質；2)、按照三價鐵與二價鐵的摩爾比為1.8～2.2:1，將二價鐵化合物和三價鐵化合物溶于水中，得鐵鹽溶液；先將鐵鹽溶液的pH值調節至11～12，然后加入步驟1)所得的生物質，接著于60±10℃攪拌2±0.5小時，最后于密封條件下靜置22～26小時；所述生物質與鐵鹽溶液的固液重量比為4.5～5.5％；3)、將步驟2)所得物中的固態物干燥后，加入占干燥后固態物重量0.8～1.2％的碳酸鈣粉末，惰性氣體氛圍下于400±50℃熱解2±0.5小時，得到磁性生物炭材料。

【技術實現步驟摘要】
對砷鎘復合污染修復的磁性生物炭吸附材料的制備方法
本專利技術涉及環保領域，特別是對砷鎘復合污染修復的磁性生物炭吸附材料的制備方法。
技術介紹
工業農業現代化的急速發展，造成嚴重的水體重金屬污染。重金屬具有難降解、難揮發的特性，并可以通過食物鏈的富集作用，最終威脅到人類生命。在污染環境的諸多重金屬中，鎘(Cd)在生物體內的蓄積性及毒性較強。無機的As(III)和As(V)是水中砷的主要存在形態，其中無機態砷(III)毒性最大，長期接觸砷會導致皮膚癌、肺癌等嚴重疾病。因此，找到一個修復能力強、效果穩定、環境友好的修復材料成為環保工作者的迫切任務。目前，對砷、鎘污染的修復包括去除和氧化兩種類型，其中吸附法由于成本低、操作簡單、可原位修復且去除效果好，已成為有效實用的除砷方法。將農林廢棄物及其改性產品作為處理廢水的吸附劑，已經引起了環境領域的廣泛關注。其中，生物炭(Biochar)作為一種環境友好的、低成本的、具有優異的表面特性的炭基材料，由于其精密的孔隙結構和獨特的表面化學性質，且廉價易加工，被廣泛應用于重金屬污染的修復治理中。生物炭一般是指農作物(秸稈類)等植物材料在缺氧或絕氧的條件下，低于700℃條件下熱解產生的一類具有大孔隙率和比表面積的炭材料。然而，由于生物炭表面一般帶負電，對陰離子形式存在的污染物質(如砷)吸附能力普遍較差，難以有效地同時降低鎘砷符合污染。且生物炭難以回收，從而易造成二次污染。將具有磁性并能有效地吸附As的磁性介質附著在生物炭上，可以制備出一種對砷鎘均具有良好吸附去除效果，又能通過磁分離技術實現快速有效分離的改性生物炭吸附材料。鐵酸鹽材料可以符合上述要求，然而目前制備的磁性材料，大多都是通過化學沉淀，將磁性介質附著在已商品化或成品化的材料上，成本高，磁性介質附著不穩定。ZhantaoHan等，在2015年選取了由Norit和Calgon兩家公司制備的商業活性炭和兩種由Romchar和OxfordBiocharLtd公司制備的兩種商業生物炭，采用七水合硫酸亞鐵以及六水合氯化鐵共沉淀的方法，制備了磁性生物炭和磁性活性炭；其具體制備步驟如下：1.在400mL燒杯中稱取2.5g研磨后的生物炭或活性炭，1.83gFeSO4·7H2O和3.33gFeCl3·6H2O。2.添加100mL去離子水(溶液pH大約是1.5)。3.磁力攪拌，同時使用電爐加熱至65℃。4.停止加熱，繼續攪拌使混合液體冷卻至40℃以下。5.使用5mol/LNaOH溶液調節溶液pH至10-11，使得氫氧化鐵沉淀，繼續攪拌一小時。6.用保鮮膜覆蓋，保存過夜。7.用移液管移出上清液，用蒸餾水清洗，過濾。8.使用乙醇清洗。9.乙醇干燥后，將炭/氫氧化鐵混合物移至鋁中80℃干燥4小時。10.洗至燒杯中，再使用磁鐵手機磁性生物炭/活性炭顆粒。11.80℃干燥。該技術原材料使用了商業用生物炭及活性炭，直接進行化學沉淀，磁性介質附著后沒有經歷氮氣氛圍高溫熱解步驟，只是簡單的沉淀在生物炭表面，與材料結合不緊密結構不穩定，且成本高昂，產率低。本專利技術涉及的參考文獻如下：1、ZhantaoHanetal.Magnetiteimpregnationeffectsonthesorbentpropertiesofactivatedcarbonsandbiochars.Waterresearch,2015,70:394-403(ZhantaoHan等，磁鐵礦的附著對活性炭和生物炭吸附性能的影響)；2、PelleraKYetal.Usingpoultrylitterbiocharsassoilamendments.AustralianJournalofSoilResearch2008,46(5):437-444(PelleraKY等，家禽廢棄物制備的生物炭作為土壤改良劑)。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是提供一種對砷鎘復合污染修復的磁性生物炭吸附材料的制備方法，本專利技術能克服現有生物炭吸附材料對砷吸附能力差、分離困難的不足。為了解決上述技術問題，本專利技術提供一種對砷鎘復合污染修復的磁性生物炭吸附材料的制備方法，包括如下步驟：1)、將植物秸稈干燥、粉碎，作為生物質；2)、按照三價鐵與二價鐵的摩爾比為1.8～2.2:1(較佳為2:1)，將二價鐵化合物和三價鐵化合物溶于水(去離子水)中，得鐵鹽溶液；先將鐵鹽溶液的pH值調節至11～12，然后加入步驟1)所得的生物質，接著于60±10℃(水浴加熱)攪拌2±0.5小時，最后于密封條件下靜置22～26小時；所述生物質與鐵鹽溶液的固液重量比為4.5～5.5％；3)、將步驟2)所得物中的固態物干燥(真空干燥)后，加入占干燥后固態物重量0.8～1.2％(較佳為1％)的碳酸鈣粉末，惰性氣體氛圍下于400±50℃熱解2±0.5小時，得到磁性生物炭材料。作為本專利技術的對砷鎘復合污染修復的磁性生物炭吸附材料的制備方法的改進：所述步驟2)所得的鐵鹽溶液中，二價鐵化合物的濃度為0.08～0.12mol/L(較佳為0.1mol/L)。作為本專利技術的對砷鎘復合污染修復的磁性生物炭吸附材料的制備方法的進一步改進：所述二價鐵化合物為FeSO4·7H2O，三價鐵化合物為FeCl3·6H2O。作為本專利技術的對砷鎘復合污染修復的磁性生物炭吸附材料的制備方法的進一步改進：利用濃度為4～6mol/L(例如為5mol/L)的NaOH對鐵鹽溶液進行pH值調節。作為本專利技術的對砷鎘復合污染修復的磁性生物炭吸附材料的制備方法的進一步改進：植物秸稈為水稻秸稈。作為本專利技術的對砷鎘復合污染修復的磁性生物炭吸附材料的制備方法的進一步改進：所述步驟1)中，植物秸稈干燥至含水率≤10％；粉碎至能過20目篩。作為本專利技術的對砷鎘復合污染修復的磁性生物炭吸附材料的制備方法的進一步改進：所述步驟3)的干燥為真空干燥；將步驟2)所得物中的固態物于500～1500pa、50±5℃下干燥22～26h；得干燥后固態物。備注說明：真空干燥能防止鐵氧化物被氧化。作為本專利技術的對砷鎘復合污染修復的磁性生物炭吸附材料的制備方法的進一步改進：步驟3)中的惰性氣體均為氮氣。本專利技術所得的磁性生物炭材料用于修復水溶液中的As(Ⅲ)、Cd的復合污染。本專利技術具有如下技術優勢：本專利技術制備的磁性生物炭以來源豐富的水稻秸稈作為原材料，通過先共沉淀后熱解的方法，同時實現了磁性介質的附著和生物炭的制備，且材料結構穩定，能有效去除水中砷鎘污染，也能實現磁分離。綜上所述，本專利技術在吸附材料制備同時完成了磁性附著，制備流程簡便，原材料來源廣、成本低；制備得到的材料由Fe3O4鑲嵌(包裹)的生物炭構成，附著的Fe3O4能夠有效地去除水溶液中As(Ⅲ)，同時添加的碳酸鈣保持了生物炭原本對Cd的去除能力，實現了砷鎘復合污染修復，同時具有磁性使得材料易于分離回收。附圖說明下面結合附圖對本專利技術的具體實施方式作進一步詳細說明。圖1為磁性生物炭吸附材料的一種制備技術路線圖；圖2磁性生物炭與水溶液混合后分離的情況；左圖為實驗一中對1ppmAs吸附24小時后的重金屬溶液與磁性生物炭材料的混合液；右圖為使用磁鐵對吸附完成后的磁性生物炭進行分離。具體實施方式下面結合具體實施例對本專利技術進行進一步描述，但本專利技術的保護范圍并不僅限于此：實施例1、一種磁性本文檔來自技高網...

【技術保護點】
對砷鎘復合污染修復的磁性生物炭吸附材料的制備方法，其特征是包括如下步驟：1)、將植物秸稈干燥、粉碎，作為生物質；2)、按照三價鐵與二價鐵的摩爾比為1.8～2.2:1，將二價鐵化合物和三價鐵化合物溶于水中，得鐵鹽溶液；先將鐵鹽溶液的pH值調節至11～12，然后加入步驟1)所得的生物質，接著于60±10℃攪拌2±0.5小時，最后于密封條件下靜置22～26小時；所述生物質與鐵鹽溶液的固液重量比為4.5～5.5％；3)、將步驟2)所得物中的固態物干燥后，加入占干燥后固態物重量0.8～1.2％的碳酸鈣粉末，惰性氣體氛圍下于400±50℃熱解2±0.5小時，得到磁性生物炭材料。

【技術特征摘要】
1.對砷鎘復合污染修復的磁性生物炭吸附材料的制備方法，其特征是包括如下步驟：1)、將植物秸稈干燥、粉碎，作為生物質；2)、按照三價鐵與二價鐵的摩爾比為1.8～2.2:1，將二價鐵化合物和三價鐵化合物溶于水中，得鐵鹽溶液；先將鐵鹽溶液的pH值調節至11～12，然后加入步驟1)所得的生物質，接著于60±10℃攪拌2±0.5小時，最后于密封條件下靜置22～26小時；所述生物質與鐵鹽溶液的固液重量比為4.5～5.5％；3)、將步驟2)所得物中的固態物干燥后，加入占干燥后固態物重量0.8～1.2％的碳酸鈣粉末，惰性氣體氛圍下于400±50℃熱解2±0.5小時，得到磁性生物炭材料。2.根據權利要求1所述的對砷鎘復合污染修復的磁性生物炭吸附材料的制備方法，其特征是：所述步驟2)所得的鐵鹽溶液中，二價鐵化合物的濃度為0.08～0.12mol/L。3.根據權利要求2所述的對砷鎘復合污染修復的磁性生物炭吸附材料的制備方法，其特征是：所述...

【專利技術屬性】
技術研發人員：徐建明，吳驥子，劉杏梅，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：發明
國別省市：浙江,33