[发明专利]碱改性猪粪生物炭及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种碱改性猪粪生物炭及其制备方法和应用。该碱改性猪粪生物炭的制备包括：(1)将预处理后的猪粪在氮气下于300℃～700℃进行高温热解，升温速率为8℃/min～12℃/min，热解时间为2h～4h，经冷却、碾碎、过筛后，得到猪粪生物炭；(2)将猪粪生物炭与氢氧化钾溶液混合，搅拌反应，反应温度为90℃～100℃，搅拌速度为867r/min～1300r/min，反应时间为12h～24h，经过滤、洗涤和烘干，得到碱改性猪粪生物炭。本发明的碱改性猪粪生物炭比表面积和孔体积大，极大地缩短了吸附平衡时间，对水体中的铅具有较高去除能力，制备过程简单，成本低廉，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于环境功能材料和水处理新技术领域，涉及一种碱改性猪粪生物炭及其制备方法和应用，具体涉及一种碱改性猪粪生物炭及其制备方法和去除水体中铅的应用。

背景技术

铅是一种毒性很大的重金属。由于采矿、冶炼、石油精炼、蓄电池、玻璃、油漆、涂料、医药、船舶等工业生产过程中排出的含铅废水、废气和废渣，铅及其化合物对环境的污染日趋严重。它可影响神经、造血、消化、泌尿、生殖和发育、心血管、内分泌、免疫、骨骼等各类器官，主要的靶器官是神经系统和造血系统。更为严重的是它影响婴幼儿的生长和智力发育，损伤认知功能、神经行为和学习记忆等脑功能，严重者造成痴呆。因此，对含铅废水的处理就显得尤为重要，有利于保护环境和公众健康。

生物炭(biochar)是由生物残体在缺氧的情况下，经高温慢热解(通常＜700℃)产生的一类难熔的、稳定的、高度芳香化的、富含碳素的固态物质，具有多孔结构、比表面积高、孔容大、耐酸碱腐蚀、官能团丰富等优点，在污染物治理、水体净化等领域中得到了广泛的研究与应用。生物炭原料来源广泛，木材、秸秆、树叶、果壳、污泥、畜禽粪便等都可以作为生物炭原料。随着畜牧业的快速发展，猪粪产量大，难以回收处理，且容易对环境造成污染。因此，以猪粪为原料制备生物炭有以下优点：第一，原料来源广，简单易得，适用于大规模生产；第二，减少农村猪粪废弃物，并减少了猪粪对大气、土壤、地下水造成的污染。第三，以猪粪制备而成的生物炭，含有丰富的孔结构，且灰分含量要高于其他生物质制备的生物炭，通过对重金属的吸附、沉淀、离子交换等一系列反应，降低重金属在水体中的可迁移性和生物有效性，从而达到有效控制水体中重金属污染的目的。但是原始的生物炭在使用过程中存在以下问题：第一，需要一定的时间，原始生物炭才能对重金属达到吸附平衡，达到较高的吸附效果，因此不能及时有效地去除环境中的污染。第二，原始生物炭比表面积相对较小和孔体积相对较小，去除效率不高。

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，提供一种操作简单、成本低廉、可在应用过程快速达到吸附平衡、且吸附效果好、对环境友好的碱改性猪粪生物炭及其制备方法和应用。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种碱改性猪粪生物炭，所述碱改性猪粪生物炭主要由猪粪热解制得猪粪生物炭、猪粪生物炭经氢氧化钾溶液改性制备得到。

上述的碱改性猪粪生物炭中，优选的，所述碱改性猪粪生物炭的灰分含量为40％～47％，比表面积为212m²/g～232m²/g，孔体积为0.1cm³/g～0.3cm³/g，孔平均粒径为1nm～3nm。更优选的，所述碱改性猪粪生物炭的灰分含量为40.52％～46.08％，比表面积为212.37m²/g～230.05m²/g，孔体积为0.198cm³/g～0.272cm³/g，孔平均粒径为1.648nm～2.144nm。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种碱改性猪粪生物炭的制备方法，包括以下步骤：