[发明专利]一种用于吸附去除镉的水热炭材料制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种用于吸附去除镉的水热炭材料制备方法及其应用，包括如下步骤：1）将锯末与反应介质溶液混合，在4‑10 MPa压力和200‑240℃的温度下合成改性锯末水热炭；所述的反应介质溶液为含有1‑3%氧化钙（w/v）、1‑3%氢氧化镧（w/v）的水溶液；收集改性锯末水热炭并干燥处理，得到干燥的改性锯末水热炭；2）对干燥的改性锯末水热炭进行微生物陈化处理，陈化时间为40d‑70d，收集陈化改性锯末水热炭，清洗、烘干，研磨过筛，备用。相对于现有技术，本发明的有益效果：本发明提供一种新型的用于吸附去除镉的水热炭，提高锯末水热炭对含镉废水的镉吸附效率，且降低其它竞争离子对镉吸附的抑制，能够对含镉废水进行有效净化处理。

技术领域

本发明涉及一种用于吸附去除镉的水热炭材料制备方法及其应用。

背景技术

镉(Cd)作为一种有毒重金属，源于电池、陶瓷、油漆、电镀、矿山、磷肥等行业废水排放，过量摄入会导致血液、肌肉、骨骼、泌尿和心血管疾病。目前针对Cd污染废水的处理技术包括共沉淀、离子交换、膜分离、过滤/超滤、反渗透、透析/电渗析等。这些技术有各自的适用范围和不足。例如，共沉淀会产生大量污泥，造成二次污染；离子交换、膜过滤、电渗析等具有较高的运行和维护成本。其中，吸附技术因操作简单、成本低，而具有良好的应用潜力。而寻找低成本的高效吸附剂，是吸附技术得以推广应用的关键。

水热炭作为一种新型生物炭材料，近年得到越来越多关注。水热炭制备过程清洁无污染，炭材料表面含有丰富的官能团，是一种潜在的优良炭基吸附剂。但其作为新型的吸附材料用于吸附重金属Cd的研究尚未见报道。但同时也由于具有较低的芳烃结构和较低的耐热性，较低的比表面积和发育欠佳的孔隙度，阻碍了其吸附能力和在环境修复领域的应用。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供一种提高镉吸附效果的用于吸附去除镉的水热炭材料制备方法及其应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种用于吸附去除镉的水热炭材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将锯末与反应介质溶液混合，在4-10MPa压力和200-240℃的温度下合成改性锯末水热炭(反应时间为1-2h)，锯末与反应介质溶液的比例为1:5-11w/v(kg/L)；所述的反应介质溶液为含有1-3％氧化钙、1-3％氢氧化镧的水溶液；收集改性锯末水热炭并干燥处理，得到干燥的改性锯末水热炭；

2)对干燥的改性锯末水热炭进行微生物陈化处理，陈化时间为40d-70d，收集陈化改性锯末水热炭，清洗、烘干，研磨过筛，备用；微生物陈化体系包括沼液、秸秆、尿素、磷酸二氢钾、改性锯末水热炭、凹凸棒石，微生物陈化体系的pH值为7-7.5。

步骤1)中，水热反应体系是酸性的，也就是水热炭本身是酸性的；水热反应的炭热解液也是酸性的，pH可以达到3-4左右。这么酸的炭，本身不利于对阳离子金属离子的吸附的。通过添加金属元素如钙和镧的氧化物或氢氧化物，在水热反应体系中可以生成碱性的物质，使得制备的炭材料更倾向中性和碱性，利于对重金属元素如镉的吸附固持。镧元素可以实现对磷的选择性高效去除，形成的磷-镧化合物，对于吸附阳离子镉有积极作用。同时磷的去除，对于磷-镉复合污染水体的净化也是有积极意义的。磷是水体中广泛存在的养分，对于水体富营养化有关键性作用。通过去除磷，可以同步实现水体富营养化的缓解、以及镉污染的消除。钙的作用与镧类似，钙自身还有成本低、环境友好的特点。

优选的，所述的锯末为农林废弃物锯末。

具体地，步骤1)中，将锯末置于炭包中以制得装有锯末的炭包，所述的炭包由60-200目的尼龙网制成，将锯末炭包置于反应介质溶液中，反应完成后回收装有改性锯末水热炭的炭包，沥干、冲洗、烘干，烘干指在60-70℃条件下干燥直至恒重。