[发明专利]一种镧改性豆粕生物炭的制备及其应用

说明书

本发明属于生物炭技术领域，用来去除富营养化水体中的磷。此发明以豆粕为生物炭原材料，在400‑700℃高温热解制备豆粕生物炭基础上，采用浸载法进行镧改性，得到高效脱磷的镧改性豆粕生物炭。700℃热解温度制得的镧改性豆粕生物炭吸附性能最佳，Langmuir方程拟合的最大吸附量为110.56mg/g，达到甚至优于农林秸秆生物炭吸附水平。本发明在豆粕的资源化利用中提供了一种新的方法，该方法制备工艺简单、成本低、吸附效果好，可实现大规模制备，适合于工业化生产，有利于改性生物炭的推广应用。

技术领域

本发明属于生物炭技术领域，具体涉及一种镧改性豆粕生物炭的制备及其应用。

背景技术

随着工业的发展，工业废水的排放量越来越大，工业废水中含有大量的磷，现今废水处理方法都是将其处理后排放到河、湖中去，虽然已经进行处理，但是废水中的磷并不能全部去除，这样就导致排放的废水中含有大量的磷，磷的大量使用和过量排放增加了河、湖中的营养物浓度，加速蓝藻的生长，导致鱼类死亡。如果不采用合适的解决办法，这些问题将持续恶化并危及人类生命。此外，更严格的磷排放限值(例如，欧盟污水处理中允许的磷排放浓度将从1-2mg/L降至0.1mg/L)，要求对当前的污水处理工艺进行实质性变革。然而，目前的除磷技术如化学沉淀法和生物处理法无法满足新的排放标准。

吸附法因其设计简单、在低浓度下也具有良好的吸附性能而备受关注。开发一种无二次污染的环境友好型吸附剂至关重要。例如，天然材料(如白云石、海泡石)；合成金属氧化物(如Fe-Mn二元氧化物)；功能化无机材料(如壳聚糖/氢氧化镧复合气凝胶珠)已被用于吸附磷酸盐。

生物炭是在无氧或限氧条件下热解生成的一种多孔、不溶性的、稳定的、高度芳香的、富碳的固体产物。生物炭可以从各种废弃生物质残渣(如稻草、谷壳、锯末、污泥、酒糟、厨余垃圾、茶渣等)中提取，从而降低其生产成本和能源需求。此外，生物炭可以通过缓慢热解(升温速率：10-30℃/min；停留时间数小时或更长)、快速热解(升温速率：100-800℃/s；停留时间小于2s)和瞬时碳化(加热速率：103-104℃/s，停留时间小于等于0.5s)、汽化或水热碳化制得。生物炭具有成本低、环境友好的特点，优于活性炭。在热解过程中，生物炭的表面化学性质经历了复杂的变化，其元素组成、相结构、表面结构等都发生了变化。

近年来，以镁、铁、铝、钙等金属氧化物或氢氧化物为主要原料的生物炭因其优越的磷吸附性能而备受关注。以富含镁的番茄组织制备的生物炭对磷的最大吸附量可达100mg/g；含Al量20％的生物炭对磷的最佳吸附量为57.49mg/g，FeCl₃浸渍的生物炭对磷的吸附量为111.0mg/g。

含镧材料因其优越的磷亲和性、选择性和较宽的pH值范围，受到越来越多的关注。许多材料，如二氧化硅球、多孔沸石、电气石和磁性介孔纳米球，已被用作镧氧化物或氢氧化物的载体。已有研究表明，1g La₂O₃改性橡木生物炭可以吸附46.37mg磷，La(OH)₃改性磁性菠萝生物炭吸附的磷含量为101.16mg/g。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种镧改性豆粕生物炭的制备方法，以去除富营养化水体中的磷。

1.(1)生物炭的预处理

将豆粕烘干后研磨过80-100目筛。

(2)生物炭的制备

将过筛后的豆粕压实加盖密封于坩埚置入马弗炉中限氧加热，分别设定400-700℃进行热解2-4h，待冷却至室温，烘干至恒重后研磨过80-100目筛，密封保存，得到豆粕生物炭。

(3)镧改性生物炭的制备

洗涤处理，将上述豆粕生物炭进行酸洗和水洗，再在氯化镧溶液中进行浸渍，得到所需镧改性生物炭，将镧改性生物炭烘干至恒重后研磨过80-100目筛，密封保存。