[发明专利]蜈蚣草富集铜元素的生物炭的制备方法及其应用

说明书

本发明提供一种蜈蚣草富集铜元素的生物炭的制备方法及其应用，筛选生长健壮的幼苗移栽，每3‑5天用Cu²⁺金属溶液浇灌一次，富集1个月后开始收割，得到富集铜的蜈蚣草，空白对照为采用水浇灌；将富集铜的蜈蚣草、空白对照的植株挖起，洗去根部的泥土，将植物根部剪碎，分别于烘箱中烘干后保存备用；分别取烘干的空白对照的蜈蚣草根系、富集铜的蜈蚣草根系于坩埚中，在封闭条件下，抽空气，通氮气至管内外压强平衡后调整氮气流速在15‑25mL/min下，500‑900℃下烧结得到生物炭；将生物炭研磨后倒入3‑6mol/L NaOH溶液，70‑85℃下搅拌1‑3h后过滤、水洗、静置，倾去浮渣、烘干得到蜈蚣草富集铜元素的生物炭。本发明将富集铜元素的生物炭在可见光催化下对亚甲基蓝有良好的催化降解作用。

技术领域

本发明提供一种蜈蚣草富集铜元素的生物炭的制备方法及其在光催化降解的应用领域。

背景技术

社会工业的发展离不开矿产资源开发利用，矿产开采活动会对周围环境产生较大的破坏，如矿区植被破坏、地质灾害、地下水资源污染、废气、废渣、废液“三废”污染等。有色金属矿产在开发利用过程中还会产生重金属污染，对周围大气环境、水环境、土壤环境产生严重损害。重金属在环境中很难被降解，且具有生物累积性，以各种化学形态存在的重金属，在进入生态系统后，就会积累和迁移，通过食物链富集等，对较高营养级的生物造成严重的毒害作用。

目前，国内外矿区土壤重金属污染的治理方法主要有物理修复技术、化学修复技术及生物修复技术。生物修复技术包括微生物修复技术、动物修复技术及植物修复技术，生物修复技术投资少、设施简便，对环境的干扰小，不会产生二次污染，具有良好的发展和研究前景。通过研究调查，目前已发现了许多超富集植物，即植物地上部分能够富集高达一定重金属量且不出现明显毒害症状的植物，如商陆能富集镉和锰元素，水葫芦能在水中富集多种重金属。

植物修复具有物理和化学修复不具备的优点，已有较多成功的案例，如安徽铜陵铜尾矿与澳大利亚合作，进行植物修复，已取得初步效果，湖南建立的砷污染土壤植物修复基地等。完成了修复过程后，如何处理用于污染修复的植物，成为需要关注的问题，已有的处理方法包括焚烧填埋、作为生物燃料、工业用途纤维、提取重金属等回收利用。植物修复重金属污染后，体内富集了一定量重金属，但相对植物的生物量水平较低，焚烧后金属含量有限，进行提炼回收需要高成本，目前普遍的做法是焚烧处理后作为危险废弃物集中填埋。

生物炭(BC，biochar)是生物质材料在限氧条件下进行热化学分解得到的固体材料，被国际生物炭组织定义为“生物质炭化得到的固体材料”。生物质(biomass)是从生活物质或有机与无机复合物得到的有机质材料，包括植物和动物等有机体，以及动物的排泄物，植物凋落物、废木材、沉淀污泥等。生物炭的制备方法包括：热解法、气化、水热碳化等。热化学分解过程将生物质材料转变成可燃性气体、生物油以及生物炭，可燃性气体和生物油可代替化石燃料，在这一方面已有的广泛的研究。生物炭在许多环境领域都有应用，包括吸附水体污染物和空气污染物，作为催化剂，治理环境污染等，最近有在其他领域应用的研究趋势，如燃料电池、超级电容器、氢气储存等。

生物炭具有多孔结构和丰富的官能团，在许多环境领域有巨大的应用潜力。近来，为了提高生物炭的吸附性能，通过化学浸渍法将生物质置于含Mg、Fe、Al等元素的溶液中浸渍2-12h，然后热解，制备成改性生物炭，这种方法有效地提高了生物炭的吸附能力，以固定目标污染物。例如，将竹炭磨碎过筛，用浸渍法将铜离子负载上去，制备成Cu/C催化剂，合成的Cu/C催化剂由Cu、CuO、和Cu₂O组成，能够促进H₂O₂产生·OH，提高对有机污染物的降解作用。Cu²⁺可以与H₂O₂发生类芬顿反应，Cu²⁺对Fenton氧化具有促进作用，在Fenton体系中加入适量的Cu²⁺，能促进·OH的产生，从而提高反应体系对有机物的去除。