生物炭复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种生物炭复合材料及其制备方法与应用，其中，通过将小龙虾壳粉末与含铁溶液混合后进行反应；然后将上述反应液体进行固液分离，即可得到载铁生物质；最后将所述载铁生物质在氮气气氛下进行热解，即可得到生物炭复合材料。采用该方法来制备生物炭复合材料，一方面可以实现固废小龙虾壳的减量化处置和资源化利用，另一方面，得到的生物炭复合材料可以实现对水体中Cr(VI)和磷酸根的高效单一和同步吸附去除，对污染控制和治理具有特殊意义，且制备方法简单，原料来源广泛，成本低廉。廉。廉。

【技术实现步骤摘要】
生物炭复合材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于固体废弃物处置与资源化、复合环境污染治理领域，具体涉及一种生物炭复合材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]随着社会经济的发展和人口数量的迅速增长，水体污染情况逐年加剧，水源中大都含有多种污染物，如重金属、溶解无机物、有机物等。特别是含Cr(VI)废水，Cr(VI)有剧毒，在环境中难以降解，可以通过食物链在生物体内富集，严重威胁着人类的健康安全。同时，含磷量超标会引起水体富营养化，藻类迅速繁殖，进而危害水生生物生存，威胁到环境生态安全。因此，受重金属或/和磷污染的水体治理已经越来越受到广泛的关注，其常用处理方法有生物法、化学沉淀法等，但是仍然存在较大的局限性。近年来，新型吸附剂因其具有效率高、操作简单的优点而被广泛应用于废水处理过程中。
[0003]众所周知，新型的吸附剂
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生物炭是一种在限氧条件下通过热解生物质而得到的富碳产物。生物炭具有发达的孔隙结构和比表面积，生物炭的表面具有丰富的官能团，是一种良好的吸附剂。然而，原始的生物炭对污染物的吸附效果并不理想。因此，现有新型吸附剂有待改善。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种生物炭复合材料及其制备方法与应用，采用该方法来制备生物炭复合材料，一方面可以实现固废小龙虾壳的减量化处置和资源化利用，另一方面，得到的生物炭复合材料可以实现对水体中Cr(VI)和磷酸根的高效单一和同步吸附去除，对污染控制和治理具有特殊意义，且制备方法简单，原料来源广泛，成本低廉。
[0005]在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种制备生物炭复合材料的方法。根据本专利技术的实施例，所述方法包括：
[0006](1)将小龙虾壳粉末与含铁溶液混合后进行反应；
[0007](2)将步骤(1)得到的反应液进行固液分离，以便得到载铁生物质；
[0008](3)将所述载铁生物质在氮气气氛下进行热解，以便得到生物炭复合材料。
[0009]根据本专利技术实施例的制备生物炭复合材料的方法，通过将小龙虾壳粉末与含铁溶液混合后进行反应，由于小龙虾壳粉末具有孔隙结构，比表面积较高，含铁溶液中的铁离子和/或亚铁离子会嵌入到小龙虾壳粉末的孔隙中，并且部分铁离子和/或亚铁离子发生水解，生成氢氧化铁和/或氢氧化亚铁；然后将上述反应液进行固液分离，得到载铁生物质；最后将载铁生物质在氮气气氛下进行热解，热解过程中，小龙虾壳转化为生物炭，同时嵌入其孔隙内的铁离子和/或亚铁离子和部分氢氧化铁和/或氢氧化亚铁，转化成氧化铁和四氧化三铁等，即生物炭内铁以氧化铁和四氧化三铁等形式存在。本申请中的生物炭复合材料去除Cr(VI)，相比于其他生物炭材料，除了基本的物理吸附作用，还具有还原作用、络合作用、
沉淀作用。生物炭是一种电子给体和电子穿梭体，本申请中的生物炭复合材料具有更强的给电子能力，从而增强了对Cr(VI)的还原力，提高了对Cr(VI)的去除率。在去除磷酸根离子上，本申请中生物炭复合材料对磷酸根的吸附主要是静电吸引、配体交换和表面络合作用。生物炭复合材料中含有大量的钙离子，能通过沉淀作用去除磷酸根离子，生物炭复合材料表面带有正电荷，能有效地吸附磷酸根离子，并且生物炭表面生成的酸性氧化亚铁和磷酸根离子之间会产生配体交换作用，从而提高了去除率。生物炭复合材料具有较大的比表面积和孔隙率，为铁氧化物提供了附着点，还能通过表面吸附加快对污染物的去除。同时，由于四氧化三铁的磁性特性，使得生物炭复合材料能较好地从水相中分离出来，从而可以实现对生物炭复合材料的快速回收。由此，采用该方法来制备生物炭复合材料，一方面可以实现固废小龙虾壳的减量化处置和资源化利用，另一方面，得到的生物炭复合材料可以实现对Cr(VI)和磷酸根的高效单一和同步吸附去除，对污染控制和治理具有特殊意义，且制备方法简单，原料来源丰富，成本低廉。
[0010]另外，根据本专利技术上述实施例的生物炭复合材料还可以具有如下附加的技术特征：
[0011]在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1)中，所述小龙虾壳粉末的粒径为200～400μm。由此，得到的生物炭复合材料具有高比表面积，吸附效果好。
[0012]在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1)中，所述含铁溶液包括氯化铁、硫酸铁、硝酸铁、醋酸铁、氯化亚铁、硫酸亚铁、硝酸亚铁和醋酸亚铁中的至少之一。
[0013]在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1)中，所述含铁溶液的浓度为1～2mol
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‑1。由此，制备得到的生物炭复合材料吸附效果好。
[0014]在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1)中，所述小龙虾壳粉末与所述含铁溶液的固液比为(5～15)g：(25～200)mL。由此，一方面可以保证小龙虾壳粉末与含铁溶液能充分反应；另一方面，可以避免增加含铁溶液的损耗以及后续固液分离的负荷。
[0015]在本专利技术的一些实施例中，在步骤(3)中，所述热解的升温速率为5～15℃
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‑1，所述热解在400～600℃进行90～120min。由此，制备得到的生物炭复合材料吸附效果好。
[0016]在本专利技术的第二个方面，本专利技术提出了一种生物炭复合材料。根据本专利技术的实施例，所述生物炭复合材料采用上述的方法制备得到。由此，一方面可以实现固废小龙虾壳的减量化处置和资源化利用，另一方面，得到的生物炭复合材料可以实现对水体中Cr(VI)和磷酸根的高效单一和同步吸附去除，对污染控制和治理具有特殊意义。
[0017]在本专利技术的第三个方面，本专利技术提出了一种处理含有Cr(VI)和/或磷酸根水体的方法。根据本专利技术的实施例，所述方法包括：
[0018]a、将上述生物炭复合材料进行研磨、过筛、洗涤和干燥，以便得到生物炭复合材料粉末；b、将所述生物炭复合材料粉末与含有Cr(VI)和/或磷酸根的水体混合反应。由此，一方面可以实现固废小龙虾壳的减量化处置和资源化利用，另一方面，得到的生物炭复合材料粉末可以实现对水体中Cr(VI)和磷酸根的高效单一和同步吸附去除，对污染控制和治理具有特殊意义。
[0019]另外，根据本专利技术上述实施例的处理含有Cr(VI)和/或磷酸根水体的方法还可以具有如下附加的技术特征：
[0020]在本专利技术的一些实施例中，在步骤a中，所述生物炭复合材料粉末的粒径为120～
150μm。
[0021]在本专利技术的一些实施例中，在步骤b中，所述水体中Cr(VI)浓度为20～100mg
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‑1，所述磷酸根的浓度为2～8mg
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‑1。
[0022]在本专利技术的一些实施例中，在步骤b中，基于1L所述水体，所述生物炭复合材料粉末的投加量为0.5～4.0g。由此，可以提高所述水体中Cr(VI)和/或磷酸根的去除率。
[0023]在本专利技术的一些实施例中，所述水体的pH为2.00～9.0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备生物炭复合材料的方法，其特征在于，包括：(1)将小龙虾壳粉末与含铁溶液混合后进行反应；(2)将步骤(1)得到的反应液进行固液分离，以便得到载铁生物质；(3)将所述载铁生物质在氮气气氛下进行热解，以便得到生物炭复合材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述小龙虾壳粉末的粒径为200～400μm；任选地，在步骤(1)中，所述含铁溶液包括氯化铁、硫酸铁、硝酸铁、醋酸铁、氯化亚铁、硫酸亚铁、硝酸亚铁和醋酸亚铁中的至少之一；任选地，在步骤(1)中，所述含铁溶液的浓度为1～2mol
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‑1；任选地，在步骤(1)中，所述小龙虾壳粉末与所述含铁溶液的固液比为(5～15)g：(25～200)mL。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述热解的升温速率为5～15℃
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‑1，所述热解在400～600℃进行90～120min。4.一种生物炭复合材料，其特征在于，所述生物炭复合材料采用权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：刁增辉，晏柳，董富欣，黄诗婷，梁倩仪，张文轩，钱伟，
申请(专利权)人：仲恺农业工程学院，
类型：发明
国别省市：