[发明专利]一种应用于水中吡虫啉去除的氢氧化钾改性磁性玉米芯生物炭复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种应用于水中吡虫啉去除的氢氧化钾改性磁性玉米芯生物炭复合材料的制备方法，具体为，将玉米芯生物炭(CBC)和氢氧化钾(KOH)混合热解(KOH‑CBC)，然后将氯化铁(FeCl₃·6H₂O)和氯化锌(ZnCl₂)加载至KOH‑CBC，二次热解制得氢氧化钾改性磁性玉米芯生物炭KOH+Fe/Zn‑CBC。本发明制备的材料具有良好的物理化学性质，对水中的吡虫啉具有较高的去除率，35℃条件下其最大吸附能力可达433.1mg/g。另外，该材料表现出较强的磁性分离能力，吸附后能够实现与水体高效分离和再生。

技术领域

本发明涉及生物炭制备和水处理技术领域，尤其涉及一种应用于水中吡虫啉去除的氢氧化钾改性磁性玉米芯生物炭复合材料的制备方法。

背景技术

新烟碱类杀虫剂(Neonicotinoid pesticides)是氯化烟酰杀虫剂。新烟碱具有独特的作用方式、良好的根部内吸性、低哺乳动物毒性、高效、广谱和良好的环境相容性，在农业生产中对同翅目、蚜虫等具有非常好的防治效果。吡虫啉，属于第一代新烟碱类杀虫剂，自1990年被商业化以来，它便迅速成为市场上增长最快和最有效的杀虫剂品种之一。吡虫啉可选择性地作用于昆虫的中枢神经系统(CNS)中的烟碱乙酰胆碱受体(nAChRs)，并通过干扰信号的正常传递使害虫麻痹甚至死亡。调查显示，仅2010年就生产了约20000吨吡虫啉活性物质，另据2014年全球市场销售数据显示，新烟碱类杀虫剂已占据全球杀虫剂市场的25％以上，其中吡虫啉成为市场份额最高的新烟碱类杀虫剂之一。吡虫啉施用于作物后，仅有少部分新烟碱的杀虫剂能够起到杀虫的作用，其余部分新烟碱杀虫剂则残留在作物中或大部分通过迁移进入土壤或水体。吡虫啉具有较高的溶解度、毒性和持久性，使其能够在自然界中长期存在而成为环境中的新型污染物。

近年来，由于吡虫啉等新烟碱类农药的大量使用和处理不当使得它们经多种途径排放进入自然水体。现有的污水处理工艺相对单一，针对吡虫啉等新烟碱类农药的去除率比较低，而且缺乏吡虫啉等新烟碱类农药具体的排放标准，因而对排放到天然水体中的吡虫啉等新烟碱类农药没有好的拦截作用，造成水体吡虫啉污染。目前已有很多的国内研究者调查发现我国的污水厂排放口、地表水以及地下水中均存在吡虫啉污染。吡虫啉进入水体后不仅会破坏生态系统的稳定性，还会通过生物累积的毒性危害人类健康。目前，许多学者已在我国诸多农产品(莴苣、板栗、葱、姜和茶叶等)中检测到吡虫啉等新烟碱类农药。研究也发现，吡虫啉在人体内积累后会导致人体心律失常、自主神经失调、横纹肌溶解等症状，严重影响神经系统的正常功能。

生物炭吸附技术作为一种简单、高效和成本低的污染物去除技术得到了研究者们的广泛关注。其中，吸附材料的选择和其物理化学性质的优化成为吸附技术能否大规模应用的关键。中国是世界第二大玉米生产国，2018年产生的玉米芯废料量为6.42-7.71×10⁷吨。大量的玉米芯被用于家庭燃料焚烧污染大气，或被当作固体废料随意丢弃造成严重的资源浪费。玉米芯巨大的产量、高的纤维素和半纤维含量使其成为制备生物炭的良好原料。研究表明，玉米芯生物炭对有机污染物(甲基蓝和金霉素等)具有一定的吸附能力，但其相对较差的吸附表现使其大规模应用受到一定程度的限制。氢氧化钾(KOH)和氯化锌(ZnCl₂)活化显著能够改善生物炭的物理化学特性(表面积、孔隙结构、官能团和表面电荷等)进而增强生物炭对水中污染物的吸附能力。玉米芯生物炭吸附吡虫啉后，如何实现其与水溶液的高效分离和回收再生也是一个亟待解决的问题。

发明内容

基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种能够高效去除水中吡虫啉处一种氢氧化钾改性磁性玉米芯生物炭复合材料，同时能够实现处理后吸附剂与水溶液的高效分离和回收再生。该处理技术既能够实现玉米芯的资源化利用，又能够实现水中吡虫啉高效和可持续去除。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种应用于水中吡虫啉去除的氢氧化钾改性磁性玉米芯生物炭复合材料的制备方法，包含如下步骤：