[发明专利]一种改性叶生物炭及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种改性叶生物炭及其制备方法和应用。本发明的制备方法包括以下步骤：首先，将叶生物质粉末置于强碱性溶液中进行改性处理，干燥后即可获得一次改性叶生物质粉末；再将其置于钙镁混合盐溶液中充分浸渍，直接干燥后即可获得二次改性叶生物质粉末，然后在无氧环境中进行热解处理，即可获得改性叶生物炭；其中，所述钙镁混合盐中钙镁元素总质量与一次改性叶生物质粉末的质量比为1:(5～15)，所述钙镁混合盐中钙元素与镁元素的质量比为1:(0.5～2)，所述热解处理温度为500～700℃，热解处理时间为1～3h。本发明所制得的改性叶生物炭能够同时有效去除废水中的磷酸盐和重金属离子。

技术领域

本发明涉及环境污染治理技术领域，更具体地，涉及一种改性叶生物炭及其制备方法和应用。

背景技术

随着工业和农业的快速发展，典型重金属(Cu²⁺、Pb²⁺、Ni²⁺和Cd²⁺等)和营养元素(磷酸盐等)进入城市河湖水体，造成不同程度的污染，严重威胁人类健康和生态系统平衡。工业上常见的去除重金属离子的方法是化学沉淀，使重金属转化为氢氧化物沉淀后去除；但此方法的成本较高，对废水pH的调整可能带来二次污染。利用工业活性炭吸附时，对重金属离子的吸附量较小，对营养元素吸附不理想；而采用反渗透技术虽然能有效去除重金属，但磷酸盐易结垢而阻碍反渗透技术的稳定运行，且运行成本较高、维护较为频繁。

生物炭具有高的比表面积、丰富的活性位点和独特的表面化学特性，而且生物炭往往呈现一定的碱性，使其对阳离子型物质(重金属离子)具有较好的吸附性能，但对阴离子型物质(磷酸根)的吸附能力较弱，因此，对生物炭进行改性处理以提高其同时吸附重金属离子和磷酸根的性能，已成为吸附领域的热点问题。

例如，现有技术中公开了一种含磷废水中除磷并生产缓释型炭基磷肥的方法，以林木废弃物与氧化镁粉末混合后隔绝氧气热解，获得镁改性生物质炭，通过增加改性生物炭表面正电荷，实现对阴离子较强的吸附能力，但同时意味着其表面负电荷减少，对阳离子吸附能力降低，因此难以同时有效去除废水中的重金属离子和磷酸根。

发明内容

本发明的目的是克服现有氧化镁改性叶生物炭难以同时去除废水中磷酸盐和重金属离子的缺陷和不足，提供一种改性叶生物炭的制备方法，先将叶生物质粉末进行强碱改性，然后将其置于钙镁混合盐溶液中充分浸渍，再进行热解处理，所获得的改性叶生物炭可以同时有效去除废水中的磷酸盐和重金属离子。

本发明的另一目的是提供一种改性叶生物炭。

本发明的又一目的是改性叶生物炭在去除废水中磷酸盐和重金属离子中的应用。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种改性叶生物炭的制备方法，包括以下步骤：

S1.将叶生物质粉末置于强碱性溶液中进行改性处理，干燥后即可获得一次改性叶生物质粉末；

S2.将S1中的一次改性叶生物质粉末置于钙镁混合盐溶液中充分浸渍，然后直接干燥即可获得二次改性叶生物质粉末；

S3.将S2中二次改性叶生物质粉末置于无氧环境中进行热解处理，即可获得改性叶生物炭；

其中，S2中所述钙镁混合盐中钙镁元素总质量与一次改性叶生物质粉末的质量比为1:(5～15)，所述钙镁混合盐中钙元素与镁元素的质量比为1:(0.5～2)；S3中所述热解处理温度为500～700℃，热解处理时间为1～3h。

本发明中对叶生物质粉末进行两次改性处理：