[发明专利]一种啤酒糟生物炭的制备及其在含铅废水中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，特别是涉及一种啤酒糟生物炭的制备及其在含铅废水中的应用。

背景技术

在我国，每年释放到环境中铅的含量为3.5万吨，其中约30％铅污染物最终汇集到水体中。铅污染的来源主要是铅矿开采、汽车尾气的大量排放、工业堆弃废渣等。水体铅污染物可通过消化道进入人体，造成人体急性中毒，严重时会使人体心血管小动脉硬化以及男女生殖功能异常。据研究表明，一旦发生铅中毒会严重影响人体生长发育、智力和记忆力等健康功能。因此，有效治理水体铅污染迫在眉睫。目前，废水铅污染的修复技术主要有化学沉淀法、离子交换法、微电解法、絮凝等，但这些方法存在易造成二次污染，成本高，效率低等问题，因此，进一步寻找环境友好、高效且经济可行的含铅废水处理技术是关键。近年来，生物炭吸附法因其具有成本低、效率高等优势逐渐成为研究的热点。

生物炭具有密度小、孔隙度大的特点，能够有效的吸附水体中重金属离子；其次，生物炭表面带有一系列含氧官能团，对重金属离子具有较强的吸附性能。因此，生物炭被广泛应用于处理水体重金属污染。制备生物炭的材料需含有纤维素、木质素等含碳量高的物质。目前，以农业生产和生活性废弃生物质作为生物炭生产原料的思路得到重视。农田废弃物、生活垃圾、牲畜粪便、工业废渣、污泥等均可作为制备生物炭的原料。

啤酒糟是啤酒工业的主要副产物，是以大麦为原料经发酵提取子实中可溶性碳水化合物后的残渣。每产生1吨产品就能产生10-15吨的废弃物，在这些废弃物中含有蛋白质，矿物质，有机质等。对于这些废弃物，一般是当作饲料和肥料来使用，但目前，不论是在肥料和饲料上，啤酒糟都不占有优势，使得其价格往往低于其价值。因此，如何提高啤酒糟的利用价值是目前亟待解决的问题。而我们对啤酒糟成分分析时发现，啤酒糟富含蛋白质、糖类和粗纤维等物质，具有良好的制备生物炭的潜力。

因此，本发明在现有技术上，充分利用啤酒工业的废弃物，提高其利用价值的同时制备出一种应用于含铅废水的生物炭。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种啤酒糟生物炭的制备及其在含铅废水中的应用。

本发明的一种啤酒糟生物炭的制备方法，包括以下步骤：

A、将湿啤酒糟材料置于在置于40-60℃烘干，烘干后用密封袋封装，并排除里面的气体，置于烘箱中进行干燥保存；

B、将粉碎的啤酒糟于瓷坩埚中，压实盖上盖子，在热解温度为300-750℃，放置于马弗炉内热解炭化1-3h；

C、待冷却至室温后研磨，过筛后分别密封保存，并置于烘箱中干燥保存。

作为优选方案，通过pH、比表面积特征筛选，如图1和表1所示，以上啤酒糟生物炭，所述炭化温度为700℃，炭化时间为2h，过筛粒径为100目。

表1 生物炭的比表面积

本发明提供的啤酒糟生物炭可以应用于去除废水中的铅。

作为优选方案，所述的啤酒糟生物炭在去除废水中的铅中的应用，具体过程如下：将硝酸铅溶液稀释至浓度为50mg/L，用硝酸和氢氧化钠调节溶液pH值；称取啤酒糟生物炭置于50ml离心管中，加入40mL的硝酸铅，在200-400r/min恒温振荡箱中振荡0.5-12h。

作为优选方案，以上所述啤酒糟生物炭在去除废水中的铅过程中，处理时调节pH为2-5.5，处理时间为3-24h，处理温度为20-45℃。

作为更优方案，处理时,啤酒糟的用量为0.1-0.3g/40mL。

作为更优方案，处理时,啤酒糟的用量为0.15g/40mL，处理时调节pH为4，处理温度为25℃，处理时间为12h。

吸附条件的筛选：

(1)啤酒糟生物炭的溶液pH值筛选

将铅硝酸铅溶液稀释浓度为50mg/L，pH设置梯度：2、3、4、5、5.5。恒温(25℃)振荡12h(250r/min)后过滤并稀释。取700℃条件下制备的生物炭，同时做平行实验3组。计算生物炭对铅离子的吸附量(mg/L)。试验结果表明，当溶液pH为4时对铅离子有最高去除率，因此，本发明选择最佳吸附pH为4，如图2所示。

(2)啤酒糟生物炭的吸附时间筛选