[发明专利]Mg/Ca负载改性烟秆生物炭的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种Mg/Ca负载改性烟秆生物炭的制备方法，将烟秆粉加入MgCl₂溶液中，然后再加入鸡蛋壳粉末，搅拌，第一次干燥，热解，清洗，第二次干燥，碾碎过筛后得到Mg/Ca负载改性烟秆生物炭。本发明通过MgCl₂预处理和鸡蛋壳掺杂制备了载Mg/Ca的烟秆金属生物炭复合材料，Mg/Ca生物炭复合材料在高pH条件下对HPO₄^2‑体现出较高的吸附能力，成功解决了单一金属Mg负载生物炭在高pH条件下吸附容量下降的问题，提高了单一金属Mg负载生物炭的pH适应性。该试验结果可为低成本金属生物炭复合材料的制备提供借鉴，为碱性水体除磷提供技术指导，同时也能为含Ca量高的废弃物处置和废弃物的混合处理提供新的思路。

技术领域

本发明属于吸附材料领域，涉及生物炭材料，尤其是一种Mg/Ca负载改性烟秆生物炭的方法及其应用。

背景技术

磷是动植物生长的必须元素，但过量磷排入水体会造成富营养化，对水生态系统产生严重破坏。如何科学合理地回收废水中的磷酸盐具有重要意义。生物炭是生物质在无氧或限氧条件下热化学转化的残留物，具有高孔隙率、比表面积和一定的表面官能团等特点,是公认的能够应用于土壤施肥和污染物吸附等的多功能环境材料。一般来说，在高温(600-700℃)条件下热解制备的生物炭碳层组织良好，具有高度芳香性和较低极性，吸附性能较好。但是纯生物炭材料对磷酸盐的吸附能力有限，为提高生物炭材料的吸附能力，一种生物炭负载Mg的方法被提出。该方法是将生物质用一定浓度的Mg溶液直接浸渍，然后在400-900℃下热解，由此制备载镁生物炭。

但纯载镁生物炭的吸附能力受环境pH限制，在低pH值条件下较强，高pH值条件下较弱，这是因为在高pH值条件下磷是以HPO₄^2-存在，而HPO₄^2-不容易被吸附去除，因此本发明是针对高pH条件下的HPO₄^2-设计的吸附材料，解决磷存在形态对材料吸附效果的影响，从而提高材料的pH适应性。

发明内容

本发明的目的在于通过吸附高pH条件下的HPO₄^2-从而提高载镁炭适应pH的能力，提供了一种Mg/Ca负载改性烟秆生物炭的制备方法，Mg/Ca生物炭复合材料在高pH条件下对磷也体现出较高的吸附能力，解决了单一金属Mg负载生物炭在高pH条件下吸附容量下降的问题。

本发明的另一个目的是通过不同废弃物的混合热解实现生物炭的金属负载。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

一种Mg/Ca负载改性烟秆生物炭的制备方法，

按Mg与烟秆质量比为0.12:1-0.48:1，将烟秆粉加到MgCl₂溶液中，然后加入鸡蛋壳粉末，鸡蛋壳与烟秆的质量比为0.25:1-1:1，室温下搅拌1h，然后在105℃烘箱中干燥8小时，将混合物移入瓷坩埚，在马弗炉中以5℃/min升温至700℃热解2h，待炉内温度冷却至室温后取出，用去离子水清洗三次，真空抽滤、105℃干燥6小时，碾碎过60目筛后得到Mg/Ca负载改性烟秆生物炭。

而且，所述的鸡蛋壳粉末是将鸡蛋壳经去离子水洗净、烘干、研磨过100目筛得到。

而且，包括如下含量的组分：C的含量是32.35％、H的含量是1.61％、O的含量是13.08％、Ca的含量是11.89％、Mg的含量是30.85％、N的含量是0.65％。

而且，所述复合材料Langmuir拟合最大吸附量为210.66mg/g，在3-12的pH范围内吸附能力大于270mg/g；Mg、Ca活性组分分别以片状和菌丝状的MgO和CaCO₃负载在生物炭表面并在边缘向空间延伸。

一种Mg/Ca负载改性烟秆生物炭在吸附磷上的应用。