[发明专利]一种用于水体中六价铬去除的新型生物炭的制备及应用

说明书

技术领域

本发明涉及环境功能材料和污水处理技术领域，特别是涉及一种用于水体中六价铬去除的新型生物炭的制备及应用。

背景技术

随着工业的迅速发展，各种工业(如冶炼、电镀、采矿等)废水和固体废弃物的渗出液直接排入水体，致使水体中重金属含量越来越高，如金属加工、电镀、制革等行业排放的工业废水中通常含有大量的铬离子。通常情况下，在水体中铬主要以三价铬和六价铬两种形态存在。其中六价铬毒性最强，与三价铬相比，六价铬即使在低浓度下也具有相当高的毒性和致癌致畸性，且不易降解，易迁移，具有强氧化能力，对环境和人畜机体都具有严重危害。为缓解六价铬对环境及人体的污染，需寻找一种有效的方法处理含铬废水。目前，常用的治理方法有：氧化聚沉、静电沉淀、铝盐凝聚、反渗透、离子交换树脂、吸附和凝聚过微孔膜等，这些方法各有优点，但普遍存在操作复杂、成本较高且难以推广应用等缺点。近年来，吸附法因具有成本低、吸附性能高、二次污染小等优点而成为研究的热点。

生物炭具有多孔性，较大的比表面积，较强的表面吸附能力，高度的化学惰性，其表面高度芳香化结构和部分羟基、酚羟基、羰基等官能团，对有机和无机污染物具有高度的亲和力，已被作为良好的吸附材料而成为国内外环境研究领域关注的新热点。但是由于制备生物炭的原料不同，导致了各类生物炭的吸附效果差异显著。因此，寻找新型高效的生物炭原料是探寻生物炭吸附六价铬可能机理的关键。

食醋、酱油等每生产1吨产品能产生10-15吨的废弃物。然而，缺少成熟的酱渣再利用技术已造成大量资源浪费与环境破坏现象。低盐固态酱油酱渣常以低价销售给当地农民作为肥料或饲料，而高盐稀态工艺产生的压榨酱渣往往因为含盐量过高，不能直接作为饲料用于动物,部分厂家采用直接填埋的处理方式，但会导致填埋土壤盐化。酿造渣干粉中含有高量的粗纤维、粗蛋白质等，是制备生物炭较优的选择。因此，将酱渣制备成生物炭用于水体六价铬去除具有高效处理含铬废水以及酿造废弃物再利用的巨大潜力。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于水体中六价铬去除的新型生物炭的制备及应用。

一种用于水体中六价铬去除的新型生物炭的制备方法，包括以下步骤：

(1)将酱渣在50-80℃条件下烘干至恒重后粉碎得到酱渣生物炭原料；

(2)将步骤(1)中所得酱渣压实密封于陶瓷坩埚中置于马弗炉经高温无氧炭化1-3h；

(3)冷却至室温后研磨、过筛得到用于水体中六价铬去除的生物炭。

经过炭化后，酱渣生物炭中的纤维素、半纤维素分解，灰分大量增加；与此同时，酸性物质含量减少，碱性盐类物质从生物炭固相中分离，生物炭表面碱性官能团增加使得生物炭的pH介于5.7-10.7之间，较酱渣原料原先的pH(pH值为4.71)增加明显。

所述高温无氧炭化时，炭化温度为300-700℃，优选500℃。

当炭化温度介于300-500℃时，随着炭化温度的升高，酱渣生物炭微孔数量增多，表面吸附点位增加，比表面积增大；在500℃时，酱渣生物炭比表面积达最大值672.71m²·g^-1；而当温度大于500℃后，酱渣生物炭比表面积却又逐渐减小。由此可得，500℃是酱渣的高比表面积生物炭的最佳制备温度。原因在于：低温时生物炭结构还未完全形成，微孔少，比表面积小，当温度达到500℃时，此时随着纤维素、半纤维素、木质素的大量分解，挥发性物质的快速释放引起小孔大量开放，炭的孔隙结构也逐渐形成，微孔的数量显著增加，孔体积和比表面积也相应增加。而随着温度的进一步升高，这种挥发性物质的演变导致的结构次序及微孔数量的减少和大孔数量的增加使得生物炭比表面积反而减小。

本发明还提供一种上述制备的酱渣生物炭材料应用于水体中六价铬去除的方法，包括以下步骤：向含50-150mg/L的六价铬废水中加入该酱渣生物炭，调节pH为1-8，在20-40℃的恒温振荡器中，控制振速200-400r/min，震荡反应10-360min，反应完成后用中速定性滤纸过滤，完成对废水中六价铬离子的去除。

优选的，上述应用中，生物炭投加量最优选为10g/L。

优选的，上述应用中，所述六价铬废水pH最优选为1。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1.可使酿造废弃物酱渣变废为宝，实现酱渣的资源化利用。

2.成本低廉、制备工艺简单、生产过程不会产生二次污染。

3.本发明制备的酱渣生物炭对水体中六价铬去除快速高效，处理工艺简单且易于操作。

附图说明