[发明专利]一种基于芬顿污泥和纤维素的磁性生物质炭及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种基于芬顿污泥和纤维素的磁性生物质炭及其制备方法和应用。其中，所述磁性生物质炭的制备方法，步骤如下：（1）将芬顿污泥浆过滤，收集滤渣，在100℃~110℃的条件下干燥40~50h，得块状固体；将块状固体敲碎，并研磨至大于等于200目，得到固体粉末，将粉末在100℃~110℃烘干10~15h，得到芬顿污泥泥粉，备用；（2）取芬顿污泥泥粉于干燥小烧杯中，加入CMC及水，搅拌1 h~3h，离心、烘干、研磨，转移到石英舟中，用锡纸包裹后置于管式炉中，氮气氛围下，在300~700℃保持(0.2~2.5)h，自然冷却至室温，取出，用热水洗至中性，干燥至恒重，即得。

技术领域

本发明属于环境功能材料领域，具体涉及一种基于芬顿污泥和纤维素的磁性生物质炭及其制备方法和应用。

背景技术

随着全球工业化进程的加快，重金属污染成为危害生态系统、食品安全和人类健康的重要因素。吸附技术是应对水体重金属污染的有效措施，吸附剂在吸附处理技术中占据核心地位，磁性纳米颗粒修饰的各类磁性重金属吸附剂因显著的易分离、易回收优势，近年来成为吸附剂制备及应用领域的关注热点。

芬顿高级氧化工艺是处理难降解有机废水的新技术，因工艺简单、效果优良，在造纸、制药等行业污水处理得到快速应用，但大量芬顿污泥(含有大量微生物、铁等金属离子、腐殖酸及部分难降解有机物等)尚未得到有效、安全、合理处置，占用土地资源并渗漏威胁生态环境安全，制约了芬顿技术推广。而高含铁量、高有害有机物含量及含有病毒细菌等现状，决定了传统的填埋法不适用于芬顿污泥的处理。因此，开发芬顿污泥资源化处置新方法成为亟待解决问题。本专利以芬顿污泥作为铁源得到Fe₃O₄纳米粒子，从而赋予材料以磁性。

各类碳基材料一直是重金属吸附剂领域的研究热点，研发人员以树叶、稻壳、玉米秸秆、锯末、稻草及木屑等农林废弃物为碳源，以葡萄糖、淀粉及活性污泥为前驱体，用水热法或热解法成功制备碳基材料，并用于水中重金属的去除。众所周知，羧甲基纤维素(CMC)是常见的一种多糖类物质，具有资源丰富、价格低廉的优势，且以CMC为前驱物的磁性生物炭材料尚未有报道。

因此，本发明研究选择芬顿污泥粉、CMC为原料，充分发挥两种组分的协同作用，运用一步热解法制备出新型磁性生物质炭复合材料，用于废水中重金属去除，实现“固体废物减量化和资源化、含重金属废水治理”双赢目标，对于绿色、高效、科学吸附技术的发展具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于芬顿污泥和纤维素的磁性生物质炭及其制备方法和应用。

基于上述目的，本发明采取的技术方案方案如下：

一种基于芬顿污泥和纤维素的磁性生物质炭的制备方法，步骤如下：

（1）本专利所用芬顿污泥来自于某抗生素药厂废水处理工艺中的芬顿高级氧化处理工段。将芬顿污泥浆过滤，收集滤渣，在100℃~110℃的条件下干燥40~50h，得块状固体；将块状固体敲碎，并研磨至大于等于200目，得到固体粉末，将粉末在100℃~110℃烘干20 h~30h，得到芬顿污泥泥粉，备用；

（2）取芬顿污泥泥粉于干燥小烧杯中，加入CMC及水，芬顿污泥泥粉与CMC的质量比1:(0.2~3)，搅拌1 h ~3h，离心、烘干、研磨，转移到石英舟中，用锡纸包裹后置于管式炉中，氮气氛围下，在300~700℃保持(0.2~2.5) h，自然冷却至室温，取出，水洗至中性，于70~90℃干燥至恒重，即得。

优选地，步骤（2）中，芬顿污泥泥粉与CMC的质量比1:(0.5~2)，每1g芬顿污泥泥粉需要加入30mL水。

进一步地，步骤（2）中，先通5~15 min氮气，然后于N₂流速100 mL/min、10 ℃/min升温至300~700 ℃。