[发明专利]生物炭-蒙脱石复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种生物炭‑蒙脱石复合材料及其制备方法和应用。所述制备方法先将钠基蒙脱石进行酸处理得到酸改性钠基蒙脱石，按玉米芯粉末占酸改性蒙脱石与玉米芯粉末总质量的60％～80％，再与粉碎研磨后的玉米芯粉末在水中混合，最后在氮气保护下，于300～500℃下煅烧3～5h，制得玉米芯生物炭‑蒙脱石复合材料。本发明采用玉米芯作为原料，有效减少了焚烧玉米芯所带来的污染问题，其制备工艺简单，生产成本低，耗时少，且充分利用了废弃资源，减少了环境污染，制得的玉米芯生物炭‑蒙脱石复合吸附材料对重金属吸附性能优良，对于Pb²⁺和Cu²⁺的吸附量可达到190.68mg/g和240.45mg/g，对土壤的重金属污染有较好的治理能力，适合工业化生产。

技术领域

本发明属于重金属吸附材料技术领域，涉及一种生物炭-蒙脱石复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

重金属包括Cu，Zn，Cd，Pb，Hg，As等，具有生物毒性，且在土壤中难以降解，极大的影响了土壤的肥力，并且容易在人体中富集，影响人类的身体健康，因此重金属污染已经成为急待解决的问题。

蒙脱石是一种2:1型层状硅铝酸盐矿物，晶体结构是两层硅氧四面体中间夹着一层铝氧或者-OH的八面体，其中的硅离子和氯离子易被低价阳离子如Mg²⁺，Fe²⁺，Zn²⁺交换，所以具有很强的离子交换能力，可作为重金属吸附材料。目前常通过添加改性剂来增加层间距和比表面积以改善蒙脱石的吸附能力。

生物炭作为细小的多孔碳质固体材料，具有吸附能力强、比表面积大、多孔、较好的阳离子吸附能力、化学性能稳定，耐酸、碱的特性。

目前有研究探索了竹粉生物炭-蒙脱石复合材料对NH₄⁺和PO₄^3-的吸附性能，(Environmental-friendly montmorillonite-biochar composites:Facile productionand tunable adsorption-release of ammonium and phosphate，Liang Chen,el.al)。还有研究专注于该复合材料对有机物的降解(Effects of pH,dissolved humic acid andCu²⁺on the adsorption of norfloxacin on montmorillonite-biochar compositederived from wheat straw[J].Zhang J,et al.Biochemical Engineering Journal,2018,130:104-112.)。尚未有将生物炭-蒙脱石复合材料应用于重金属吸附中的报道。

发明内容

本发明提供一种生物炭-蒙脱石复合材料及其制备方法和应用。

本发明的技术方案如下：

生物炭-蒙脱石复合材料的制备方法，具体步骤如下：

步骤1，将钠基蒙脱石分散在水中，加入盐酸调节pH至4～5，搅拌反应完全，抽滤，干燥，研磨，过筛，得到酸改性蒙脱石；

步骤2，按玉米芯粉末占酸改性蒙脱石与玉米芯粉末总质量的60％～80％，将酸改性蒙脱石和玉米芯粉末加入水中，搅拌混合均匀，抽滤，干燥后，在氮气保护下，于300～500℃下煅烧3～5h，得到玉米芯生物炭-蒙脱石复合吸附剂材料。

优选地，步骤1中，所述的钠基蒙脱石的阳离子交换容量为80～100mmol/100g。

优选地，步骤1中，所述的过筛为过200目筛。

优选地，步骤2中，所述的玉米芯粉末占酸改性蒙脱石与玉米芯粉末总质量的80％。