[发明专利]一种高效吸附稀土镧元素的生物炭吸附剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物炭吸附剂，特别涉及一种高效吸附稀土镧元素的生物炭吸附剂。

背景技术

稀土元素被人们称为新材料的宝库，稀土在改造传统产业和发展高新技术领域当中，具有“点石成金”的作用，尤其被视为信息时代的“维生素”。目前，稀土已广泛应用于石油、化工、冶金、医药等数十个行业，而且低剂量的稀土对作物增产有良好的促进作用，使得稀土在农业方面得到大规模的应用。然而，随着稀土用途及用量的不断增加，致使环境中稀土元素(尤其是镧系元素)的含量越来越高，并造成一定的危害，因此稀土元素的有效使用和管理受到越来越多的关注。环境中的稀土元素主要经口、呼吸道和皮肤等有效途径进入人类机体，残存在机体中的稀土会因富集作用而产生毒理学效应。其中，镧元素La(III)是一种典型的稀土元素，广泛应用于催化、陶瓷、农业等领域。研究表明，从工厂中排放出来的含镧元素的废水会污染环境，而且稀土镧元素其毒性可使人体致癌。因此，有必要选择一种经济有效的方法来去除环境中过多的镧元素。目前，有许多技术已经被用来去除稀土镧元素。例如，沉淀法、溶剂萃取法、吸附法及离子交换法等。在这些方法中，吸附法无疑是最经济有效的方法。常见的吸附镧元素的吸附剂有二氧化硅、沸石、树脂、生物吸附剂及活性炭等，然而，这些吸附剂因吸附效果较差、价格高昂或无法大规模制备而限制其应用。

生物炭(biochar,BC)是由生物质在完全或部分缺氧的情况下高温热解产生的一类高含碳量的芳香化物质，其性质稳定、比表面积大、孔隙多、吸附性强，是理想的固碳减排新材料，可应用于农业、环境保护、医药等多个领域。环境中普遍存在的生物质如农业稻秆、家禽类便和污泥等废弃物都可以作为生物炭制备的原材料。作为一种新型的环境功能材料，生物炭以其优良的环境效应和生态效应，成为环境科学、土壤科学、农业、能源等众多学科研究的前沿热点。而作为一种吸附材料，生物炭已被广泛地研究。生物炭可以降低污染物富集程度、净化水质、降低污染物生物有效性，应用于环境污染控制具有材料来源广泛、价格低廉、适宜大面积推广等优势，因此将成为一项重要的环保技术手段。然而，无论是生物炭的稳定性还是吸附能力，都与生物炭本身组成、结构和性质高度相关，并受到原料差异、制备方法和烧制温度等因素的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效吸附稀土镧元素的生物炭吸附剂，原料天然、环境友好、且在自然环境中广泛存在，能高效吸附镧，有效去除稀土元素镧元素，成本低。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种高效吸附稀土镧元素的生物炭吸附剂，所述生物炭吸附剂按照质量百分比计由以下原料组分混合后炭化制成：羊栖菜75-90％，海蒿子5-10％，鼠尾藻5-15％。

发明人经过长期探索性研究发现，采用褐藻门马尾藻属的几种特定的海藻配比后制成生物炭，发现其具有高效吸附稀土镧元素的特性，且生产成本较低，环境友好，这种吸附剂的发现，是有效去除稀土元素镧元素技术研究的重大突破。原料中控制羊栖菜的比例非常关键，羊栖菜生物炭吸附稀土镧元素效用强，配合海蒿子生物炭、鼠尾藻生物炭协同作用，更好更高效的发挥吸附稀土镧元素效用。发明人推测，这三种原料制成的生物炭能高效吸附稀土镧元素可能与其本身物质组成、结构和性质的特殊性有关，尤其是他们都具备马尾藻属海藻的特殊结构气囊有关。

作为优选，所述炭化的具体方法为：将原料组分混合后，在无氧环境中，700℃下裂解3小时，自然冷却。本发明的特定炭化条件，相对于其它炭化条件下能明显提高稀土镧元素吸附效果。

作为优选，所述生物炭吸附剂经稀碱溶液处理后成为成品。

作为优选，稀碱溶液处理具体为：将生物炭吸附剂置于浓度为0.3-0.5mol/L的氢氧化钠溶液中，加热至35-45℃，保温浸泡5-8h，取出后用蒸馏水冲洗干净，80℃烘24h，粉碎并过60目筛。本发明通过将生物炭吸附剂经过特定的稀碱溶液处理工艺，控制碱的浓度、处理时间和温度，从而改变生物炭的表面官能团，提高生物炭吸附稀土镧元素的能力。

作为优选，所述生物炭吸附剂按照质量百分比计由以下原料组分混合后炭化制成：羊栖菜80-90％，海蒿子5-10％，鼠尾藻5-10％。

本发明的有益效果是：原料天然、环境友好、且在自然环境中广泛存在，能高效吸附镧，有效去除稀土元素镧元素，减轻环境污染，生产成本低。

附图说明

图1是本发明不同温度下炭化的生物炭吸附剂SEM图。

图2是本发明不同温度下炭化的生物炭吸附剂红外谱图。