[发明专利]铁改性芦苇生物炭的制备及其在处理含磷废水上的应用

说明书

技术领域：

本发明涉及一种铁改性芦苇生物炭的制备，以及应用于处理低浓度含磷废水及污水深度除磷，属于水污染控制领域。

背景技术：

我国水资源人均占有量少，分布不平衡，随着经济发展和社会总体生活水平的提高，水资源的需求量日益增长，而水体污染严重。其中湖泊等地表水的水体污染半数以上是由氮、磷超标引起的水体富营养化。根据利贝格最小值定律：植物的生长取决于外界提供给它的所需养料中数量最小的那一种。藻类的经验分子式为C₁₀₆H₂₃₆O₁₁₀N₁₆P，可以发现，在藻类分子式中所占重量百分比最少的是氮和磷，尤其是磷。所以，控制生活污水中的磷对控制地表水的富营养化是至关重要的。根据《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中一级A标准和B标准规定磷浓度限值为0.5mg/L和1mg/L。而一般城镇污水经过一定处理后中磷浓度一般在1-4mg/L，所以，除要对污染源头进行控制外，还需寻找一种经济有效的方法去除废水中磷，使其符合有关排放标准。

常规的污水生物处理对低浓度含磷废水去除效率不高，通常的二级生化处理方法只能去除30%-50%的氮和磷，难以达标且机理复杂，过程不易控制。化学沉淀法除磷虽然去除率很高，应用也很广泛，但是需要向废水中投加絮凝剂，故而增加了处理成本，并会产生大量的化学污泥。吸附法除磷由于高效快速、无二次污染、易操作、可回收利用、金属氧化物活性点丰富且其成本低廉，已成为国内外除磷的研究热点。

生物炭近年来被广泛用于固碳减排、土壤修复改良、污染水体净化等方面的研究和实践，具有成本低、环境友好等优点。现有相关学者研究表明水稻、小麦、玉米等制备的生物炭对水体中污染物有很好的吸附作用，刘进阁等^[1]研究了豆角秸秆生物炭对中水铬的吸附效果显著，张慧等^[2]研究了炭化水稻秸秆对水体中氨氮和磷的吸附，结果表明去除效果大于粉煤灰和炉渣，RenJing等^[3]使用棉花秸秆生物炭负载铁去除水体中的磷，增加磷的去除率，生物炭净化水体这项技术有着广泛应用的潜力。用芦苇秸秆生物炭负载铁改性除磷有以下几大优势：①芦苇作为一种繁殖速度快，生物量大的水生植物，如果不及时去除任其自然腐烂分解，会造成污染，此发明利用芦苇为原料制备生物炭，将垃圾变废为宝，提高资源利用效率，减少污染；②生物炭具有固碳的特性，起到了大气碳库增汇减排作用，并且它的多孔结构增加了铁的负载率；③改性剂氯化铁价格便宜、无毒，磷酸根与负载在炭表面和孔隙中的铁离子反应发生作用，可达到很好的除磷效果，操作工艺简单，并无二次污染；④吸附后的吸附剂含有较丰富的磷，可作为植物生长肥料回用。

发明内容：

本发明针对传统除磷技术的不足之处，提供一种铁改性芦苇生物炭的制备方法，该方法在限氧和相对低温（<700℃）的条件下，由生物质原料热解产生的富碳、细颗粒、多孔材料。

本发明目的是提供上述制备方法得到的铁改性芦苇生物炭。

本发明还提供利用铁改性芦苇生物炭作为吸附剂的应用，主要在处理低浓度含磷废水方面的应用。

技术方案对应权利要求书即可，待定。

一种铁改性芦苇生物炭的制备方法，该方法的制备步骤如下：

（1）先对芦苇秸秆进行预处理；

（2）将步骤（1）预处理过的芦苇进行热解炭化；

（3）将步骤（2）热解炭化得到的生物炭冷却至室温，研磨过10-50目筛，用水清洗数次，去除表面灰分，烘干备用；

（4）取FeCl₃溶于水中，加入步骤（3）中烘干的生物炭搅拌混匀，保持铁炭质量比为0.56-1：1；置于烘箱中在85-105℃的温度下保持6-12h，将水分蒸干，再在300-500℃热处理2h；取出用水洗至洗液为中性，在85-105℃的温度下烘干6-12h，即得铁改性芦苇生物炭成品。

本发明的进一步设计在于：

步骤(1)中预处理，将采摘的芦苇用水洗去表面灰尘，然后将洗净的芦苇放在烘箱中于85-105℃烘干至恒重，取出破碎成0.5-1cm长的段备用。

步骤（2）中，热解温度为300-500℃，升速温度为15℃/min，保持4-8h。

步骤（3）中，烘干是在90-100℃烘箱中干燥。