[发明专利]磷酸二氢钾改性生物炭及其制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种磷酸二氢钾改性生物炭及其制备方法和用途，属于废水处理技术领域。将原料进行预处理，再进行煅烧得到生物炭，然后制备得到磷酸二氢钾改性溶液，将生物炭加入到磷酸二氢钾改性溶液中，经过搅拌、过滤后得到产物，再将产物进行煅烧，得到磷酸二氢钾改性生物炭。本发明制备的磷酸二氢钾改性生物炭对铅有较强的吸附能力，为控制水体铅污染和农林废弃生物质综合利用提供了一种新材料和方法。

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，更具体的涉及一种磷酸二氢钾改性生物炭及其制备方法和用途。

背景技术

采矿、化工、石油炼制等工业部门产生的废水所造成的重金属污染已成为严重的环境问题。Pb(Ⅱ)是一种广泛存在于工业废水中的高毒性重金属污染物，其超标排放会对自然环境以及人体健康造成严重的危害。生物质通过热解碳化后形成稳定的生物炭，可大幅降低因生物质燃烧和自然降解所产生的碳排放，并实现制废养废资源化利用的目的。碳化后的生物质可作为一种高效治污材料用于污水处理，也可施加到土壤中将碳储存在土壤中，同时改良和修复土壤。碳化后形成生物质炭的回填过程实际上也是一个二氧化碳捕捉、碳汇的过程，是一种十分有效的固碳减排新途径，这对我国“努力争取2060年实现碳中和”这个愿景目标具有积极的意义。在“碳中和”目标和乡村振兴战略的引领下，生物质能产业的市场潜力正在受到越来越多的关注。

生物炭作为一种新型治污材料具备富碳可再生、储量丰富、环境友好、价格低廉等特点，在废水处理领域具有广阔的前景。我国农业种植过程中生产的秸秆、玉米芯等生物质来源广泛、价格低廉，且制备的生物炭具有表面积大、孔隙率大、结构稳定等特点，但是植物源生物炭物化性质较为复杂，难以有较突出的化学功能性质，并且其对Pb(Ⅱ)的吸附容量低，且植物类生物炭只要来源于植物中的木质素，而大量的纤维素和半纤维素则在热解的过程中逐步分解，因此植物源生物炭的产率较低，在环境应用中受到了一定局限。基于此，本发明提供一种磷酸二氢钾改性生物炭及其制备方法和用途，以便提高废水中重金属的去除能力。

发明内容

本发明提供一种磷酸二氢钾改性生物炭及其制备方法和用途，以便提高废水中重金属的去除能力。

本发明的第一个目的在于提供一种磷酸二氢钾改性生物炭的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、原料预处理：将原料浸泡于去离子水中，去除其表面杂质，干燥至恒重后，粉碎过筛，得到预处理原料；

步骤2、制备生物炭：将预处理原料置于绝氧管式炉内，以10-20℃/min的升温速率由室温升至450～550℃，保温50-90min，降温至室温，得到生物炭。

步骤3、制备磷酸二氢钾改性生物炭：将磷酸二氢钾加入去离子水中，制备得到浓度为0.4-0.8mol/L的溶液，超声20-30min，使其分散均匀，加入步骤2中的生物炭，室温搅拌2-3小时，过滤后得到产物，备用；其中磷酸二氢钾和生物炭的质量比为1:1；

将烘干后的产物置于绝氧管式炉内，以10-20℃/min的升温速率由室温升高至450～550℃，保温50-90min，降温至室温，得到磷酸二氢钾改性生物炭。

优选的，磷酸二氢钾改性生物炭的平均粒径为438-3221.7nm，pH值为6.50-7.34。

优选的，步骤3中的干燥温度为105-115℃，干燥时间为8-9h。

优选的，步骤1中原料粉碎过1-2mm筛；步骤3中烘干后的产物在置于绝氧管式炉之前粉碎过1-2mm筛。

优选的，步骤1所述原料为麦穗、麦秆、玉米秸秆、玉米秸秆和牛粪混合物的一种。

优选的，当原料为玉米秸秆和牛粪混合物时，步骤1中原料预处理具体为：将玉米秸秆浸泡于去离子水中，去除其表面杂质，干燥至恒重后，将玉米秸秆粉碎，过2mm筛，将牛粪烘干至恒重，研磨过2mm筛，然后将玉米秸秆和牛粪混合均匀，得到预处理原料；其中，玉米秸秆的添加量为牛粪的20％。