一种强吸附型生物炭制备及用于含镍电镀废水处理的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种强吸附型生物炭制备及用于含镍电镀废水处理的应用，制备方法是将水体发生富营养化时生成的绿萍于400℃下高温限氧裂解制备生物炭，制得的生物炭表面呈海绵多孔分层结构，表面粗糙且孔穴和孔道较多，富有O－H、CO3

【技术实现步骤摘要】
一种强吸附型生物炭制备及用于含镍电镀废水处理的应用
本专利技术属于环境功能材料和重金属废水处理新技术开发领域，具体涉及一种强吸附型生物炭的制备方法及其采用该强吸附型生物炭用于高效处理实际含镍电镀废水的应用。
技术介绍
电镀、冶金、印染和有色金属冶炼等行业生产过程产生的电镀废液和清洗废水中含有大量Ni及一定数量的Cu、Cr、Pb、Zn等重金属，其中重金属Ni浓度范围为17mg/L～520mg/L。Ni2+毒性强、存在潜在致癌性，且其形态稳定、不易被微生物降解，进入环境中会通过食物链在生物体内富集，严重危害生态系统安全和人体健康。目前，常用的含镍废水处理方法主要包括有沉淀法(FeCl3、AlCl3、Al2(SO42)3、PAC、Ca(OH)2等)、吸附法(活性炭、生物炭、纳米颗粒等)、电解法、离子交换法、催化还原法、纳滤法、反渗透法和电渗析法等，其中：沉淀法操作简单，处理效率高，但其常存在沉淀量过大且出水水质难以达标的缺陷；吸附法成本较低，易于规模化推广，但存在吸附剂种类较少和吸附效率较低的缺陷。离子交换法和催化还原法可回收一定量的重金属，但回收重金属的纯度较低，且工艺复杂，出水水质较差。纳滤和反渗透法处理效果较为稳定，但也存在处理成本高，膜易堵塞和污染的缺陷。实际中，含镍电镀废水成分复杂，属于强酸性水体，除Ni外常含有较高浓度的氨氮、磷酸盐、Cu、Zn等污染物，且其色度、浊度均较高，传统单一方法很难对其实现高效净化，因此寻求新的用于含镍电镀废水的深度处理技术一直是申请人所关注的研究课题之一。含镍电镀废水处理方面的专利在国内也有报道，例如：(1)中国专利申请(公告号：CN207046985U)，专利名称：一种含镍废水处理回用系统，该系统采用微滤膜过滤、反渗透和离子交换相结合的综合工艺处理含镍废水，处理效果稳定，出水水质可达到回用要求，但存在工艺复杂、成本高、滤膜回收利用率低的缺陷。(2)中国专利申请(公开号：CN105461119A)，专利名称：阳极氧化封孔产生的含镍废水的处理方法及处理系统。该方法采用光催化降解、芬顿氧化、絮凝沉淀、过滤和离子交换相结合的组合工艺净化含镍废水，对废水中镍的去除率高，对有机物也有一定的降解和去除效率，但其工艺复杂，成本高，所需药剂较多。(3)中国专利申请(公开号：CN105439360A)，专利名称：一种含镍废水的处理方法及其处理系统。该系统通过调节含镍废水pH和蒸发浓缩获取蒸馏水及浓缩液，再对蒸馏水进行砂滤、活性炭吸附和纳滤，对浓缩液进行固液分离和精馏，从而处理含有多种络合剂的含镍废水，其工艺流程复杂，蒸馏过程费时费力。(4)中国专利申请(公开号：CN105271622A)，专利名称：一种电镀废水零排放处理工艺和系统。该工艺先采用电化学反应器去除电镀废水中的部分重金属离子，再采用混凝沉淀法去除部分有机物、金属离子和悬浮物，通过A/O生化系统去除大部分有机物，最后通过膜过滤、反渗透和蒸发冷凝，实现电镀废水的深度处理，其工艺复杂，生化处理部分稳定性差，处理成本较高。(5)中国专利申请(公开号：CN105217862A)，专利名称：一种含镍电镀废水零排放处理装置及其方法。该专利技术通过离子交换、管式微滤膜过滤和精密过滤器以及两级反渗透处理工艺，使出水达到电镀工艺回用水水质，实现电镀废水零排放，但其废水回用率较低，且滤膜回收性差。(6)中国专利申请(公开号：CN104724795A)专利名称：一种处理含镍废水的电化学处理系统和电化学方法。该专利技术先将含镍废水引入隔膜反应器阳极室，其中络合态的镍离子在阳极氧化作用下释放游离态镍离子，然后在电场作用下穿过阳离子交换膜进入阴极室发生沉积反应，最后将阴极室出水直接排放。该方法处理水量小，对待处理废水水质的适应性较低，且要求水体浊度较小。综上所述，目前应用于实际含镍电镀废水处理的技术虽然较多，但是仍需要继续开展研发操作简单，工艺完善，占地面积小，运行灵活、成本低廉的含镍电镀废水处理技术，以满足废水处理大规模工业化使用。
技术实现思路
为了高效处理含镍电镀废水并弥补常规处理工艺的缺陷，本专利技术提供一种强吸附型生物炭的制备方法及其采用该强吸附型生物炭用于含镍电镀废水处理的应用。其制备方法采用水体发生富营养化时常见的绿萍作为生物质原料，通过高温限氧裂解制取强吸附型生物炭，将获取的强吸附型生物炭用于对含镍电镀废水的深度处理，使其出水水质达到排放标准。为了实现上述任务，本专利技术采取如下的技术解决方案：一种强吸附型生物炭的制备方法，其特征在于，该方法采用绿萍为原料，具体制备过程如下：称取一定质量的原料放入瓷坩埚内填满压实，加盖后置于箱式电阻马弗炉中，分别于200℃～700℃条件下各恒温限氧裂解炭化2h，冷却至室温后取出，过80目筛网，得到强吸附型生物炭。根据本专利技术，所述的最佳恒温限氧裂解炭化温度为400℃。进一步地，所述的原料采用以下方式得到：(1)打捞水体发生富营养化时生成的绿萍，将其清洗干净并用去离子水润洗；(2)将润洗后的绿萍自然风干7天，采用高速多功能粉碎机研磨成粉末；(3)将绿萍粉末置于105℃烘箱中恒重24h，过60目筛网即得。根据申请人的实验表明，上述方法得到的强吸附型生物炭用于含镍电镀废水处理的应用，具体按下列步骤实施：步骤(1)：对实际含镍电镀废水的预处理向实际含镍电镀废水中加入5g/L的Ca(OH)2，在恒温震荡搅拌器中，以200r/min下搅拌2min，后于50r/min搅拌10min，静置30min，取其上清液测量各污染物浓度，并将上清液经0.22μm滤膜过滤后用于测量溶液中残余Ni浓度；步骤(2)：强吸附型生物炭的初次吸附取步骤(1)的上清液，加入2g/L的强吸附型生物炭进行初次吸附，吸附条件为25℃±0.5℃、200r/min下振荡12h，然后在6000r/min离心3min，取其上清液测量各污染物浓度，并将上清液经0.22μm滤膜过滤后用于测量溶液中残余Ni浓度；步骤(3)：强吸附型生物炭的二次吸附取上步骤强吸附型生物炭初次吸附后的上清液，再加入3g/L的强吸附型生物炭进行二次吸附，即满足国家电镀废水排放标准要求。本专利技术以水体发生富营养化时常见的绿萍为原料，在恒温限氧裂解炭化条件制备强吸附型生物炭，通过对制得的强吸附型生物炭表面形貌、官能团、物质组成和对人工模拟含镍废水中Ni2+的吸附研究，结果表明绿萍制得的强吸附型生物炭表面呈海绵多孔分层结构，表面粗糙且孔穴和孔道较多，富有O－H、CO32-和COO－等官能团，其物质组成中KCl含量较高，对模拟废水中Ni2+的吸附效果显著。同时发现利用该强吸附型生物炭两步法吸附和Ca(OH)2预沉淀相结合的组合工艺，可高效净化含镍电镀废水，在降低废水中Ni浓度的同时大幅降低氨氮、磷酸盐、浊度、Cu、Zn等污染物浓度，使出水水质达到排放要求，实现电镀废水零排放的目的。和现有技术相比，本专利技术强吸附型生物炭的制备及其应用带来的技术创新在于：1、首次将绿萍用于制备强吸附型生物炭，原料来源广泛，制备方便，不仅避免了常规绿萍处置中填埋法造成的二次污染，同时实现了废弃物的资源化利用。2、将强吸附型生物炭吸附与化学沉淀相结合的组合工艺用于含镍电镀废水处理，可高效净化电镀废水，使其出水水质达到排放要求，实现了本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种强吸附型生物炭的制备方法，其特征在于，该方法采用绿萍为原料，具体制备过程如下：称取一定质量的原料，粉碎，然后放入瓷坩埚内填满压实，加盖后置于箱式电阻马弗炉中，分别于200℃～700℃条件下各恒温限氧裂解炭化2h，冷却至室温后取出，过80目筛网，得到强吸附型生物炭。

【技术特征摘要】
1.一种强吸附型生物炭的制备方法，其特征在于，该方法采用绿萍为原料，具体制备过程如下：称取一定质量的原料，粉碎，然后放入瓷坩埚内填满压实，加盖后置于箱式电阻马弗炉中，分别于200℃～700℃条件下各恒温限氧裂解炭化2h，冷却至室温后取出，过80目筛网，得到强吸附型生物炭。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的最佳恒温限氧裂解炭化温度为400℃。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的生物质原料采用以下方式得到：(1)打捞水体发生富营养化时生成的绿萍，将其清洗干净并用去离子水润洗；(2)将润洗后的绿萍自然风干7天，采用高速多功能粉碎机研磨成粉末；(3)将绿萍粉末置于105℃烘箱中恒重24h，过60目筛网即得。4.权利要求1至3其中之一所述方法得到的强吸附型生物炭用于含镍电镀废水处理的应用。5.如权利要求4所述的应用，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：王怡，王文怀，闫飞龙，冯琳琳，魏海杉，王振，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61