[发明专利]多位活化及改性芦苇-南荻生物炭的制备方法及应用

说明书

本发明涉及水体及土壤中重金属污染处理领域，具体为一种多位活化及改性的芦苇‑南荻生物炭的制备方法及其去除重金属锌、镉的应用。制备方法包括先将芦苇‑南荻生物质洗净、烘干、粉碎，在水锰矿粉溶液中充分超声搅拌后经低温水热碳化制成未活化改性的生物炭，再将生物炭在氯化钙‑过氧化氢混合液浸泡，通过微波对生物炭‑氯化钙‑过氧化氢混合液进行活化，再将烘干后的生物炭通过紫外辐射改性，得到活化改性的生物炭，将得到的生物炭用于水体及土壤中重金属锌和镉的去除。应用方法包括如下：活化改性的生物炭加入到重金属锌、镉废水中进行吸附反应；或直接加入到重金属锌、镉污染土壤中，充分混匀，老化一段时间后，完成对土壤重金属锌、镉污染的生物修复。

技术领域

本发明涉及水体及土壤中重金属污染处理领域，具体涉及一种多位活化及改性的芦苇-南荻生物炭的制备方法及其去除重金属锌、镉的应用。

背景技术

江西处亚热带季风气候，土壤属于红壤，红壤自身具有发育程度高和淋溶作用强烈的特点，再加上对红壤资源的不合理开发利用，红壤酸化现象比较普遍，同时受到鄱阳湖上游五河流域的矿山开采、冶炼、工业“三废”的影响，部分地区农田土壤及农田灌溉水重金属污染比较严重，尤其是重金属锌、镉污染。由于锌、镉可在生物体内富集，通过食物链进入人体引起慢性中毒，稻米锌、镉超标已成为江西粮食安全的大问题。

江西鄱阳湖区域湿地植物资源丰富，其中芦苇-南荻生物质生物量鄱阳湖总生物量的30%以上，湿地芦苇-南荻生物质组成成分多为纤维素、半纤维素、木质素等，其含有大量羟基、羧基、碳酰基等活性基团；基本骨架由碳元素构成，采用芦苇-南荻生物质作为原料制备生物炭吸附材料，生物炭具有较高的pH，施加在土壤中易形成重金属沉淀，可以发挥对重金属的吸附钝化作用。

生物炭主要通过五种作用吸附钝化土壤中的重金属，包括表面吸附、表面络合、沉淀作用、离子交换及静电作用，其中其吸附固定重金属的效果为：沉淀作用＞络合作用＞静电作用，离子交换＞物理吸附。然而生物炭对重金属污染物的吸附钝化能力有限，通过物理方法及化学方法对生物炭进行性能改进成为提升其吸附钝化能力的重要环节。通过过氧化氢的化学氧化作用，可以提高生物炭表面的含氧官能团，提高对重金属的吸附能力。另外，微波加热活化可以对生物炭内部直接提供加热，得到不同的孔隙结构和比表面积，具有简单易行的优点。生物炭通关过氯化钙改性可以改变生物炭的表面结构，使得生物炭表面物理吸附作用转变为离子交换作用，具有更加稳定的吸附效果。同时采用两种方法(化学活化和微波活化)以此来增加生物炭表面的重金属锌、镉吸附位点及官能基团的数量及生物炭表面积，转变部分吸附方式，能够提高其对重金属锌、镉的吸附固定能力及稳定性。专利申请号CN 109401755 A公布了一种用于重金属污染土壤修复的秸秆生物炭改性方法，采用30％氢氧化钠改性，对有效态锌、镉具有比较好的修复效果；专利申请号CN 108940203 A公布了一种三峡适生植被生物炭制备方法及其应用，采用制炭后NaOH和H₂O₂联合改性的方法，对NH⁴+-N离子具有较强的吸附力，并没有针对重金属进行验证。申请号CN 109110863 A公布了用化学活化/微波消解活化生物炭材料去除水体中强力霉素的方法，也主要针对有机污染，并未涉及重金属污染领域。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种多位活化及改性的芦苇-南荻生物炭的制备方法及其应用。具体技术方案如下：

一种多位活化及改性的芦苇-南荻生物炭的制备方法：包括以下步骤：

（1）先将芦苇-南荻生物质水洗、干燥、粉碎，加入到水锰矿粉溶液中浸没，经充分超声搅拌混匀，低温水热碳化制成未活化改性的生物炭；

（2）将步骤（1）获得的生物炭在氯化钙-过氧化氢混合液中进行微波活化；

（3）将步骤（2）获得的生物炭进行紫外辐射改性，即得到活化改性的生物炭。