[发明专利]一种去除废水中镉的吸附剂制备及应用方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种生物质碳，属于固废资源利用技术和环境污染修复技术领域，尤其涉及一种去除废水中镉的水葫芦质生物炭的制备方法和应用方法。

背景技术

镉是最有毒的重金属之一。长期暴露在镉环境中易引起贫血、骨质疏松、肾损坏等一系列疾病。最新发布的第一次国家土壤污染调查显示，镉已经被列为我国土壤首要污染物。湖南被称为有色金属之乡，是中国水、土壤镉污染最为严重的地区之一。其中，湘江沉积物的镉浓度高达19.42mg/kg，是全国平均值的76倍。目前，湘江流域大约有四千三百万人口遭受着饮用水和稻米镉污染的威胁。因此，水、土壤镉污染治理是一个亟待解决的环境问题。

生物炭是一种通过限氧热解生物质获得的富碳产物。生物炭前体多为农田生物废弃物，如稻草秸秆、甘蔗渣、牛粪等等。其原材料广泛容易获得且制备过程简单，已被广泛应用于各种重金属污染修复。因其具有高度发达的孔隙结构、丰富的比表面积和表面官能团的特点，比活性炭更廉价和更高吸附容量，因此，生物炭是一种理想的废水污染物吸附材料，可用于氮、磷、有机物和重金属等多种污染物的处理。

水葫芦被国际自然保护联盟列为地球上100种最具“侵略性”的植物之一，它分布广泛、繁殖迅速极易破坏水生生态系统，使水域缺氧而导致水质恶化，破坏渔业和水利发电。将水葫芦转变为生物炭吸附废水中的镉，其吸附容量最高可达到80mg/g，远远高于活性炭和许多已报道的其他不同生物质来源的生物炭。因此，合理地利用这种生物，将它转变为生物碳，是环境污染修复和固废资源利用的双赢策略。然而，目前以研究水葫芦为原料制备生物炭及其在污染环境中的应用尚未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用水葫芦制备生物炭的方法及其在污染水、土壤中的应用，该方法操作简单易行，且获得的生物炭产率高、对水体中的镉吸附能力强。

本发明提供了一种利用水葫芦制备生物炭的方法，包括：

(1)水葫芦预处理：将在未污染的水域中收集到的水葫芦除杂后风干，并待其风干后置于鼓风干燥箱中于60℃过夜烘干，粉碎至1～2mm，装入自封带置于干燥箱中保存备用。

(2)热解、冷却：粉碎后的水葫芦粉末置于气氛炉中于常温通氮气20分钟，然后以6.5℃/min速率升温至250℃进行碳化，终温保持2小时，冷却至室温取出，制得水葫芦生物炭。整个升温热解过程和冷却至室温过程均在氮气环境下进行。

本发明还提供了一种采用所述方法制备的水葫芦质生物炭，所述生物炭的基本性质见表格1。

表1：采用所述方法制备的一种水葫芦质生物炭基本性质

本发明还提供了一种采用所述方法制备的生物炭，所述的生物炭表面含丰富的管状空隙和各类钾，钙，镁等碳酸盐类。见图1。

附图说明

图1为采用所述方法制备的一种生物炭SEM形貌和EDX能谱图。

图2为不同初始镉浓度和热解温度条件下制备的水葫芦质生物炭吸附镉效率(其中，WBC表示水葫芦生物炭，后面的数字表示水葫芦热解温度)。

具体实施方式

实施例1：本发明提供了一种利用水葫芦制备生物炭的方法，包括：

(1)水葫芦预处理：将在未污染的水域中收集到的水葫芦除杂后风干，并待其风干后置于鼓风干燥箱中于60℃过夜烘干，粉碎至1～2mm，装入自封带置于干燥箱中保存备用。

(2)热解、冷却：粉碎后的水葫芦粉末置于气氛炉中于常温通氮气20分钟，然后以6.5℃/min速率升温至250℃进行碳化，终温保持2小时，冷却至室温取出，制得水葫芦质生物炭。整个升温热解过程和冷却至室温过程均在氮气环境下进行。

实施例2：如实施例1利用水葫芦制备生物炭的方法，不同的是实施例1第二步中的热解终温不同，本实施方法热解终温为350℃。

实施例3：如实施例1利用水葫芦制备生物炭的方法，不同的是实施例1第二步中的热解终温不同，本实施方法热解终温为450℃。

实施例4：如实施例1利用水葫芦制备生物炭的方法，不同的是实施例1第二步中的热解终温不同，本实施方法热解终温为550℃。

应用实例1：采用上述方法制备的水葫芦质生物炭用于镉吸附。镉吸附实验条件：

(1)初始镉浓度为1～500mg/l。

(2)添加0.2g上述方法制备的水葫芦生物炭到40ml不同初始浓度的镉溶液当中反应。反应中增加没有添加生物炭的对照样。

(3)反应时间为24小时，反应温度为25℃，振荡速率为150r/min。