一种利用入侵植物三叶鬼针草制备生物炭修复Cd、Cu污染的方法技术

一种利用入侵植三叶鬼针草物制备生物炭修复Cd、Cu污染的方法，先将入侵植物三叶鬼针草干燥、粉碎后置于马弗炉中，于氮气氛围下300～700℃热解2～4小时，得到生物炭；再将S1制备好的生物炭称重后粉碎、过筛，选取40～60目生物炭粉末；最后将调节生物炭施用于Cd、Cu污染的水体中，可有效地降低水溶液中重金属Cd、Cu含量；本发明专利技术同时解决入侵植物和重金属两个问题，对于恢复健康的生态环境具有意义，具有重要的应用价值。

A method of using the invasive plant Bidens pilosa to prepare biochar for remediation of CD and Cu pollution

【技术实现步骤摘要】
一种利用入侵植物三叶鬼针草制备生物炭修复Cd、Cu污染的方法
本专利技术涉及有害生物资源化
，更具体地，涉及一种利用入侵植物三叶鬼针草制备生物炭修复Cd、Cu污染水体的方法。
技术介绍
由于人类采矿冶炼加工、矿山石油开采、渔业产业发展、化工生产等工业活动，含重金属的废水排放到水体环境中造成了严重的重金属污染。外来植物入侵已成为全球性的生态环境问题，其成功入侵后对当地的生物多样性、生态系统的结构与功能、社会经济和人类健康均构成了严重的威胁，是目前人类所面临的最棘手的环境问题之一。菊科鬼针草属的三叶鬼针草(BidenspilosaL.)等因生长速度快，繁殖传播能力强，为园林绿地、农田、果园、荒地、路旁等生境的常见入侵杂草，其入侵后极易形成大片、密集成丛的单优群落覆盖地面，排斥土著物种，危害当地生物多样性。生物炭是由生物残体在缺氧的情况下，经高温慢热解(通常<700℃)产生的一类难熔的、稳定的、高度芳香化的、富含碳素的固态物质。通古至今，生物炭有很多种类，其主要可以分为两大类，即植物炭和动物炭。植物炭例如竹炭、木炭、秸秆碳、果壳炭；动物炭例如动物骨骼炭、动物粪便炭。碳、氢、氧等元素构成了生物炭的主要部分，其中主要是碳元素占70～80％。水体中的重金属可以通过物理方法和化学方法去除。但化学方法往往会给水体增加一些不必要的化学元素。物理吸附能够吸附水中的微小粒径的杂质，方法更加简单，环保。若将入侵植物制备成生物炭可充分利用其巨大的生物量，变害为宝，产生良好的环境、经济和社会效益。然而，目前常用的原材料及技术制备的生物炭对水体和土壤中重金属的治理效果非常有限，中国专利技术专利CN200710119645.7公开了一种植物性废弃物制造的净水活性炭，其脱色除臭能力强，但是不具有重金属吸附能力；中国专利CN201410254402.4公开了一种利用互花米草基生物炭处理含铜废水的方法，其互花米草基生物炭对重金属铜的最大吸附容量为90mg/g；中国专利201410562485.3公开了一种去除废水中镉的吸附剂，将无污染水域中水葫芦除杂风干后，干燥粉碎成粉末，置于气氛炉中限氧热解获得水葫芦质生物炭，该水葫芦质生物炭吸附废水中镉最高吸附量可达到80mg/g；中国专利201610650186.4公开了一种水葫芦生物炭，将粉碎的水葫芦在200～400℃低温限氧环境下热解4～8h，随后将热解产物碾碎、过筛、保存，制得水葫芦生物炭，其制备的生物炭对铜的吸附量最高为57.2mg/g，但是上述公开的生物炭对金属铜或镉的吸附能力均不强。如果能够利用入侵植物制备一种对重金属离子具有高效吸附能力的生物炭，那就能够同时解决入侵植物和重金属两个问题，对于恢复健康的生态环境具有意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的上述缺陷和不足，提供一种利用入侵植物三叶鬼针草制备生物炭修复Cd、Cu污染的方法。本专利技术的上述目的是通过以下技术方案给予实现的：一种利用入侵植物三叶鬼针草制备生物炭修复Cd、Cu污染的方法，包括如下步骤：S1.将入侵植物三叶鬼针草干燥、粉碎后置于马弗炉中，于氮气氛围下300～700℃热解2～4小时，得到生物炭；S2.将S1制备好的生物炭称重后粉碎、过筛，选取40～60目(0.30～0.45mm)生物炭粉末；S3.调节Cd和/或Cu废水的初始pH为2～7，然后投加S2的生物炭粉末，混匀，进行吸附反应；其中，生物炭粉末的投加量为0.1～6g/L，废水中Cd或Cu离子的初始浓度为0～300mg/L，吸附反应时间为5min～30h。优选地，步骤S1所述干燥为80～100℃下烘干48～60h(优选80℃下烘干48h至干燥为止)。优选地，步骤S1所述热解温度为500℃。优选地，步骤S2为过60目(0.30mm)的标准筛。优选地，步骤S3中Cd和/或Cu废水的初始pH为6.0～7.0(优选6.0)。优选地，步骤S3中，当处理Cd废水时，生物炭粉末的投加量为0.1～5g/L；当处理Cu废水时，生物炭粉末的投加量为0.2～6g/L。优选地，步骤S3中，当处理Cd废水时，生物炭粉末的投加量为0.3～4g/L；当处理Cu废水时，生物炭粉末的投加量为0.6～4g/L。更优选地，步骤S3中，当处理Cd废水时，生物炭粉末的投加量为0.3～0.6g/L(优选0.5g/L)；当处理Cu废水时，生物炭粉末的投加量为0.6～1g/L(优选1.0g/L)。优选地，步骤S3中，吸附反应时间为5min～16h。更优选地，步骤S3中，吸附反应时间为10min～16h(优选16h)。优选地，步骤S3中，废水中Cd离子的初始浓度为200～250mg/L；Cu离子初始浓度为250～300mg/L。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供了一种利用入侵植物制备生物炭修复Cd、Cu污染的方法，通过将有害的入侵植物三叶鬼针草制备为生物炭，利用其良好的吸附性能，成功的降低了污染水体中重金属Cd、Cu的含量，实现了将“化害为利”的技术效果，为入侵植物三叶鬼针草的资源化利用提供新的途径，同时为重金属污染水体治理提供了技术支持。本专利技术通过创造性地分析探索实验，结合大量的数据分析总结了入侵植物三叶鬼针草生物炭最佳的吸附条件，对重金属离子吸附效果显著，本专利技术同时解决入侵植物和重金属两个问题，对于恢复健康的生态环境具有意义，具有重要的应用价值。附图说明图1为固液比对三叶鬼针草生物炭吸附Cd2+的影响。图2为固液比对三叶鬼针草生物炭吸附Cu2+的影响。图3为溶液初始pH对入侵植物三叶鬼针草生物炭吸附Cd2+的影响。图4为溶液初始pH对三叶鬼针草生物炭吸附Cu2+的影响。图5为三叶鬼针草生物炭对吸附Cd2+的吸附动力学和模型拟合。图6为三叶鬼针草生物炭对吸附Cu2+的吸附动力学和模型拟合。图7为三叶鬼针草生物炭对Cd2+等温吸附(左)和模型拟合(右)。图8为三叶鬼针草生物炭对Cu2+等温吸附(左)和模型拟合(右)。图9为最优条件下入侵植物三叶鬼针草生物炭吸附Cd、Cu实验最大吸附量。具体实施方式以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本专利技术，但实施例并不对本专利技术做任何形式的限定。除非特别说明，本专利技术采用的试剂、方法和设备为本
常规试剂、方法和设备。除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。实施例1入侵植物三叶鬼针草生物活性炭的制备方法(1)采集：收集入侵植物三叶鬼针草自然风干一周后置于烘箱中80℃下烘干48h至干燥为止，用万能粉碎机粉碎保存备用；(2)制备：采用限氧升温炭化法，将步骤(1)所得的粉碎物称重，称取10.0g粉碎物放入马弗炉中，通入5min的氮气以使容器内处于缺氧状态，于500℃限氧条件下灼烧，在上升到设定温度时开始计时，恒温热解3小时后冷却至室温取出；通过下述公式计算不同炭本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用入侵植物三叶鬼针草制备生物炭修复Cd、Cu污染的方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1.将入侵植物三叶鬼针草干燥、粉碎后置于马弗炉中，于氮气氛围下300～700℃热解2～4小时，得到生物炭；/nS2.将S1制备好的生物炭称重后粉碎、过筛，选取40～60目生物炭粉末；/nS3.调节Cd和/或Cu废水的初始pH为2～7，然后投加S2的生物炭粉末，混匀，进行吸附反应；其中，生物炭粉末的投加量为0.1～6g/L，废水中Cd或Cu离子的初始浓度为0～300mg/L，吸附反应时间为5min～30h。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用入侵植物三叶鬼针草制备生物炭修复Cd、Cu污染的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.将入侵植物三叶鬼针草干燥、粉碎后置于马弗炉中，于氮气氛围下300～700℃热解2～4小时，得到生物炭；
S2.将S1制备好的生物炭称重后粉碎、过筛，选取40～60目生物炭粉末；
S3.调节Cd和/或Cu废水的初始pH为2～7，然后投加S2的生物炭粉末，混匀，进行吸附反应；其中，生物炭粉末的投加量为0.1～6g/L，废水中Cd或Cu离子的初始浓度为0～300mg/L，吸附反应时间为5min～30h。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1所述干燥为80～100℃下烘干48～60h。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1所述热解温度为500℃。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中Cd和/或Cu废水的初始pH为6.0～7.0。


5.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：章家恩，赵敏，赵本良，全国明，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44