[发明专利]一种去除溶液中硝酸盐氮的生物炭吸附剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种去除溶液中硝酸盐氮的生物炭吸附剂及其制备方法，属于水污染治理 技术领域。

背景技术

随着地球水资源日趋紧缺，人们越来越重视水环境的保护和污(雨)水资源的再生回 用。一方面，目前国内很多天然水体污染严重，富营养化导致水体退化为VI类或劣VI类， 水体修复是目前急需解决的一个问题；另一方面，城市的污水处理厂处理工艺多为二级处 理，其出水一般可达到《污水综合排放标准》I级B标，随着国家对环境保护力度的加大， 污水厂出水水质要求提高到I级A标，因此在污水厂内需要增加污水的深度处理工艺。另 外，雨水作为一种淡水资源，若对其回收利用也是一种节约淡水资源最快最高效的方法， 雨水的处理需要简便、高效、节能的处理方法。吸附法作为一种水处理的深度处理工艺， 已经普遍得到应用。对NO^3-具有吸附效果的生物炭为甜菜渣生物炭、毛竹生物炭、小麦秸 秆生物炭、芥末秸秆生物炭、玉米秸秆生物炭、美国黄松木屑生物炭、柳枝稷生物炭、甘 蔗渣生物炭、杨木生物炭、松木生物炭、花生壳生物炭等；而活性炭主要为椰子壳活性炭、 褐煤颗粒活性炭、商业活性炭(NacalaitesqueModel079-39)、商业活性炭(Filtrasorb400) 等，采用不同的生物质原料所制成的生物炭吸附材料对NO₃^-的吸附性能表现出不同的效 果。如生物炭中经环氧氯丙烷和乙二胺活化后的甜菜渣生物炭对硝酸根的吸附性能最好， 其吸附量为87.72mg/g，但需要在超声波条件下，工艺复杂；活性炭中吸附性能最好的是 活性炭衣(Spectracarb2225)，其吸附量高达125.86mg/g，但其价格偏高5800～8500元/t。 影响吸附法处理效果的一个重要因素就是使用的吸附材料。吸附材料的吸附容量、吸附速 度等决定了吸附法的效果。目前国内市场上有很多应用于水处理的吸附材料，但这些材料 要么价格高昂，要么吸附效率不高，因此亟待开发针对性、适用强的吸附剂，以满足社会 及市场需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种去除溶液中硝酸盐氮的 生物炭吸附剂及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

一种去除溶液中硝酸盐氮的生物炭吸附剂，原料为玉米芯，所述玉米芯在 550℃-650℃(优选600℃)下缺氧烧制1-3(优选2)小时，得去溶液中硝酸盐氮的吸附材料。

玉米芯原材料在高温热解条件下，由于其表面可挥发性物质(主要为有机质和水分) 的挥发，形成的气体在材料内部受热膨胀使得孔隙扩张，平均孔径增大，比表面积增大， 且表面生成-OH(羟基)官能团，从而形成了孔隙发达的多孔结构生物炭吸附剂。

在上述方案中优选的是，所述玉米芯的经1.0mol/L的MgCl₂溶液、1.0mol/L硫酸溶液、 1.0mol/L的氢氧化钠溶液改性。

改性玉米芯原材料经干燥后在高温条件下进行热解反应，其表面的可挥发性物质(主 要为有机质和水分)的挥发和MgCl₂受热分解生成纳米MgO颗粒进入了微孔并附着在其 表面，使得比表面积和微孔体积减小，形成负载纳米MgO颗粒的多孔结构生物炭吸附剂。

在上述任一方案中优选的是，所述改性方法为：所述玉米芯与所述MgCl₂溶液按浸渍 比1-4:1(优选3:1)加入所述MgCl₂溶液中，或所述玉米芯按照固液比1-3:1(优选2.5:1) 加入所述硫酸溶液或氢氧化钠溶液，浸泡1-3(优选2)小时后，置于100℃-110℃(优选105℃) 烘干。

所述玉米芯与所述MgCl₂溶液按浸渍比优选3:1加入所述MgCl₂溶液中，改性效果最 好，最终得到的吸附剂除去硝酸盐氮的效果最好。

在上述任一方案中优选的是，缺氧烧制后的产物经研磨后过16～20目筛取截留物， 然后用水冲至pH值恒定，于100℃-110℃(优选105℃)烘干备用。

本发明还提供所述去除溶液中硝酸盐氮的生物炭吸附剂的制备方法，将所述玉米芯在 550℃-650℃(优选600℃)下缺氧烧制1-3(优选2)小时，得去除溶液中硝酸盐氮的吸附材料。