[发明专利]一种生物炭基复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种生物炭基复合材料及其制备方法和应用。该材料包括含钾生物炭基底以及负载于所述含钾生物炭基底上的零价锰。本发明实施例的生物炭基复合材料，原料广泛、成本低。农业领域每年都产生大量的废弃生物质，如果皮、蔬菜残渣、树木枝叶等，这些巨量的废弃物中，西瓜皮、香蕉皮和菜花梗等中的钾含量高，可以作为本发明生物炭基复合材料的制备原料，实现了固体废弃物的资源化利用。

技术领域

本发明属于含铊废水处理技术领域，具体涉及一种生物炭基复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

铊(Tl)位于元素周期表第三主族(IIIA)，原子量和原子序数分别为204.38和81。自然界中的Tl主要以Tl(I)和Tl(III)这两种氧化态形式存在。Tl(I)具有的亲石性和亲硫性的双重地球化学性质使其广泛分布于金属硫化物矿物中。

铊在地壳中的丰度为0.75mg/kg，但是在次生环境中，铊易于迁移，含铊矿石或矿物在次生氧化作用下能够向环境释放大量铊并活化迁移。铊是一种剧毒的重金属元素，毒性大于Hg、Cd、Pb和Cu等典型重金属，不被生物机体降解，容易在生物体内积累，毒性作用可维持较长时间，一般累计发病时间需要20～30年，会造成毛发脱落、失明、肌肉萎缩和死亡。

同时，铊化合物作为一种生产高科技产品的重要材料，在温超导、光学透镜和现代医学检测等领域的应用日益增加，铊污染的风险显著增大，含铊废水的治理十分必要。

现有技术中，较为有效的废水除铊技术主要有氧化沉淀技术、硫化沉淀技术和二氧化锰吸附技术等。CN104445732A公开了一种含铊重金属废水中和混凝除铊工艺，该工艺分两级进行，一级处理对含铊重金属废水通过酸碱调节至碱性，加入高效混凝剂、硫化物、絮凝剂，再通过斜板沉降池进行固液分离，二级处理在一级处理后的上清净化水中加入硫化物、硅藻土、絮凝剂，经过斜板沉降池固液分离，该本发明的工艺方案虽然效果较好，但需要用到大量的絮凝剂、硅藻土等药剂，残渣量大、操作复杂。CN205442886U公开了一种基于高铁酸盐氧化沉淀的除铊技术装置，该装置设置了搅拌混合装置和混合剂添加装置，能够有效的保证混合剂添加装置内部高铁酸盐与铊废水充分的混合反应，保证了铊的去除效率达到95％以上，但仅适用于天然水体等低浓度铊的去除。CN109437386A公开了一种去除废水中金属铊的方法，该方法对一定的废水有较好的效果，但不适合用于低pH2的废水除铊。

综上，仍需开发新的材料和工艺来去除废水中的铊。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种生物炭基复合材料及其制备方法和应用。

本发明第一方面提供了一种生物炭基复合材料，包括：含钾生物炭基底；以及，负载于所述含钾生物炭基底上的零价锰。

根据本发明的一些实施方式，所述含钾生物炭基底中的钾的质量分数为1～15wt％。

含钾生物质中的钾含量通常为4～15wt％，高钾生物质制备的生物炭中钾的质量分数可达7～17wt％，在制备过程中会损失部分钾，最终制得的生物炭基复合材料中钾含量通常为1～5wt％。

根据本发明的一些实施方式，所述零价锰的含量为0.5～25wt％。

由于Tl⁺和K⁺的离子半径相似，使Tl⁺容易替代钾长石和云母等矿物中的K⁺。同理，处理水样中的Tl⁺也可替换含钾生物炭的中K⁺，从而实现有效除铊。