[发明专利]一种改性生物炭及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种改性生物炭及其制备方法和应用。该制备方法包括如下步骤：S1：将生物炭分散，依次加入氨水和有机硅源，反应，得混合溶液；S2：向混合溶液中加入重金属捕捉剂，搅拌；S3：再加入有机硅源和氨水，搅拌，洗涤，干燥，研磨即得所述改性生物炭。本发明首先在生物炭上负载二氧化硅纳米颗粒，然后再负载重金属捕捉剂，可大大提高重金属捕捉剂的负载量，极大增大了生物炭对于重金属等污染物的吸附的络合位点，大大提高了吸附性能；同时，负载重金属捕捉剂后再负载二氧化硅纳米颗粒，实现二氧化硅对重金属捕捉剂包覆，可使得重金属捕捉剂稳定地负载，有效的提高了改性生物炭重复利用率。本发明的改性生物炭吸附性能优异。

技术领域

本发明属于生物有机材料、吸附剂吸附领域，具体涉及一种改性生物炭及其制备方法和应用。

背景技术

由于人类活动的结果，包括生活垃圾、采矿、冶炼、化肥、农药的应用和电子制造技术等，含金属的废水数量正在环境中增加，造成水中的金属污染。水体中的金属污染不仅对环境造成极大的危害，而且对人类的健康也有很大的危害。污水中重金属的去除方法包括化学法、物理方法和生物方法。在这些方法中，生物吸附技术是最常见和最具成本效益的方法。这是因为生物吸附剂具有环境友好型和可广泛使用的特点，其中最流行的生物吸附剂之一是生物炭。

生物炭是生物质在缺氧条件下高温处理后留下的材料。生物炭本身具有成本低、范围广等优点，制备原材料范围广、孔隙率高、比表面积大、热稳定性好。同时，生物炭几乎是纯碳，埋在地下时，几十万年都不能消失，这意味着碳在土壤中的固存将有助于减缓全球变暖。这些优点引起了人们对生物炭的广泛关注。近几年来，对生物炭的研究一直很活跃，各种原料被广泛用于去除重金属。例如，有研究报道利用甘蔗渣制作生物炭用于研究污水中重金属的吸附情况。在污水中的吸附最常用的生物炭原料是农业废弃物，如木材、稻草和果皮。有人以玉米秸秆为基质制成生物炭作为吸附剂。污泥、板栗壳、牦牛粪便生物炭、海洋大型藻类也可作为制造生物炭的原料。但直接将现有的生物炭材料作为吸附剂，其吸附性能仍存在局限性，限制了其应用。

因此，开发一种吸附效果较好的生物炭吸附材料具有重要的研究意义和经济价值。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中生物炭材料在吸附性能上的局限性，提供一种改性生物炭的制备方法。本发明首先在生物炭上负载二氧化硅纳米颗粒，然后再负载重金属捕捉剂，可大大提高重金属捕捉剂的负载量；重金属捕捉剂的负载，极大增大了生物炭对于重金属等污染物的吸附的络合位点，大大提高了吸附性能；同时，负载重金属捕捉剂后负载二氧化硅纳米颗粒，实现二氧化硅对重金属捕捉剂包覆，可使得重金属捕捉剂稳定地负载在材料上，有效的提高了改性生物炭重复利用率。本发明提供的改性生物炭吸附性能优异，对重金属具有较好的吸附效果，特别是对重金属Cd(Ⅱ)具有优异的吸附效果。

本发明的另一目的在于提供一种改性生物炭。

本发明的另一目的在于提供上述改性生物炭作为吸附材料在吸附重金属中的应用。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种改性生物炭的制备方法，包括如下步骤：

S1：将生物炭分散，依次加入氨水和有机硅源，反应，得混合溶液；

S2：向混合溶液中加入重金属捕捉剂，搅拌；

S3：再加入有机硅源和氨水，搅拌，洗涤，干燥，研磨即得所述改性生物炭。

本发明S1中有机硅源在氨水的作用下水解形成二氧化硅纳米颗粒，负载在生物炭上，可促进S2步骤更好的实现重金属捕捉剂的负载。重金属捕捉剂负载后极大增大了生物炭对于重金属等污染物的吸附的络合位点，大大提高了吸附性能。然后S3中再负载二氧化硅纳米颗粒，实现二氧化硅对重金属捕捉剂包覆，可使得重金属捕捉剂稳定地负载在材料上，有效的提高了改性生物炭重复利用率。