一种改性生物质灰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改性生物质灰材料的制备方法，包括以下步骤：(1)称取一定质量的生物质灰及氢氧化钾；(2)将生物质灰与氢氧化钾混合均匀后移置离心管中，浸泡、水浴振荡，取出后自然冷却至室温；(3)将准备好的离心管进行离心、过滤分离，然后用去离子水洗涤、烘干，得到碱改性生物质灰；其中，所述生物质灰与氢氧化钾的质量比范围为4:2～4:5。还公开了一种由该制备方法制备的改性生物质灰及其在吸附和钝化重金属中的应用。本发明专利技术通过氢氧化钾对生物质灰进行改性，改性后的生物质灰Si

【技术实现步骤摘要】
一种改性生物质灰材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及生物质灰资源化利用领域，特别是涉及一种改性生物质灰材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]我国作为传统的农业大国，40年来农业秸秆产量逐年增加每年秸秆产生量十分巨大。近年来随着我国节约资源、保护环境的基本国策不断落实，生物质秸秆发电厂已逐步取代传统燃煤发电厂，但在充分利用生物质能的同时，又出现了新的问题与挑战，生物质灰的产生量逐年累加，如不加以利用，可能会对土壤、水体和大气环境造成一定的环境问题。
[0003]生物质灰具有较大的比表面积和丰富的SiO2、Al2O3等组分，而且对重金属具有良好的吸附能力，越来越多地作为低成本、环保的吸附剂去除废水中的重金属。为提高其修复效果，研究人员采用一系列改性方法，进一步改善生物质性质，改性的吸附材料相较于原始材料具有用量少、吸附能力强、化学性质稳定等优点。能够很好的拓展生物质灰的应用领域。
[0004]生物质灰的改性方法目前主要有两大类，一类是物理改性，即通过物理方法将生物质灰内部的开放性空穴的数量增加，扩大其比表面积，为污染物提供更多的吸附位点，提高吸附或者钝化的效果。另一类是化学改性，即通过化学方法将生物质灰结构组分中的硅铝成分(SiO2、Al2O3)溶解出来，并且产生新的无定形状态的硅铝成分。
[0005]1、物理改性
[0006]球磨法是目前物理改性的主要方法，其可降低材料粒径、增大比表面积、打开内部封闭的孔穴，从而提高材料的吸附能力。值得一提的是，有研究结果表明飞灰对汞的吸附效率随球磨时间的增加先升高后降低。这是因为球磨减小了的粒径，而且增加了与汞的接触面积，利于汞的脱除，但是过长的球磨时间会使其发生团聚，降低比表面积和吸附效率。
[0007]2、化学改性
[0008]化学改性主要有微波改性、碱改性、有机改性和盐改性等方法：
[0009](1)微波改性是通过微波加热来进行的，具有高效、非接触、均匀等特点，微波与分子键发生共振会导致化学键发生断裂，从而达到改性的目的。近年来的研究表明微波改性后生物质电厂灰表面更粗糙，生成少量无定型结构，由于微波的致热效应引起Si
‑
O化学键的断开并将灰中少量硅溶出产生无定型结构，使吸附性能有所增强。
[0010](2)碱改性是碱水热处理后将生物质灰的硅铝结晶结构溶解，冷却后硅和铝再次凝胶成无定形结构形态存在，从而增强其吸附能力。研究显示，采用水热碱改性后的生物质灰对溶液中的Cd
2+
和Pb
2+
的吸附量大约提升三倍。用碱液改性后的生物质稻壳灰孔道中的熔结颗粒被浸溶，扩宽封闭孔道提高吸附效率。
[0011](3)有机改性可以功能化生物质灰的表面官能团结构，改变其表面性能，提高其对重金属及其他污染物的吸附效果。此外，有机改性后提高土壤阳离子交换容量(CEC)，提高土壤有机质含量，使灰分中养分释放更稳定，显著降低元素淋溶。利用腐植酸改性生物质
灰，可增加生物质灰孔状结构和表面粗糙性，利于微生物的附着，促进土壤中有机污染物的降解。有研究表明利用腐植酸改性生物质电厂灰修复石油烃污染土壤，腐殖酸可以促进土壤中多酚氧化酶、过氧化氢酶的活性，且能够提高农作物的产量。
[0012](4)盐改性方法中常见的改性材料有镁盐、铁盐、磷酸盐等。研究表明外源镁可以补充营养元素，提高对土壤重金属的钝化效果并且抑制植物对重金属的吸收。生物质电厂灰中加入活性镁盐，其对重金属的固定效果可进一步提升。有研究指出多酚还原纳米铁改性生物质电厂灰，铁灰比0.3:1下对Cd的吸附量最大。可溶性磷酸盐产生的≡PO4具有螯合作用，对Cd、Cr、Pb等重金属的固化效果较好。

技术实现思路

[0013]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种改性生物质灰材料及其制备方法与应用，能够大大提高生物质灰对重金属的吸附效果。
[0014]为解决上述技术问题，本专利技术采用的第一个技术方案是：提供一种改性生物质灰材料的制备方法，包括以下步骤：
[0015](1)称取一定质量的生物质灰及氢氧化钾；
[0016](2)将生物质灰与氢氧化钾混合均匀后移置于离心管中，浸泡、水浴振荡，取出后自然冷却至室温；
[0017](3)将准备好的离心管进行离心、过滤分离，然后用去离子水洗涤、烘干，得到碱改性生物质灰；
[0018]其中，所述生物质灰与氢氧化钾的质量比范围为4:2～4:5。
[0019]在本专利技术一个较佳实施例中，在步骤(2)中，将生物质灰与氢氧化钾置于离心管中混合均匀，浸泡1～1.5h，在80～100℃下水浴振荡12～14h，取出后自然冷却至室温。
[0020]在本专利技术一个较佳实施例中，在步骤(3)中，将离心管在3000～4000r/min下离心10～15min，过滤分离后用去离子水洗涤，于95～105℃在烘箱中烘干，得到碱改性生物质灰。
[0021]为解决上述技术问题，本专利技术采用的第二个技术方案是：提供一种由上述任一项所述的改性生物质灰材料的制备方法制备的改性生物质灰。
[0022]在本专利技术一个较佳实施例中，所述改性生物质灰的Si
‑
O
‑
Si数目较改性前增多。
[0023]在本专利技术一个较佳实施例中，所述改性生物质灰较改性前产生了硅铝酸盐(Ca(Al2Si2O8))的独特结构。
[0024]为解决上述技术问题，本专利技术采用的第三个技术方案是：提供一种如上任一项所述的改性生物质灰在吸附和钝化重金属中的应用。
[0025]在本专利技术一个较佳实施例中，所述重金属包括铅、镉、铜。
[0026]在本专利技术一个较佳实施例中，所述改性生物质灰所述改性生物质灰通过静电吸附、沉淀作用及螯合作用吸附重金属。
[0027]在本专利技术一个较佳实施例中，所述改生物质灰对重金属的吸附过程由化学过程控制。
[0028]本专利技术的有益效果是：
[0029]本专利技术通过氢氧化钾对生物质灰进行改性，改性后的生物质灰Si
‑
O
‑
Si数目较改
性前增多，而且产生了硅铝酸盐(Ca(Al2Si2O8))的独特结构，大大提高生物质灰对重金属的吸附效果。
附图说明
[0030]图1是生物质灰经过氢氧化钾改性前后对铜、镉、铅的吸附实验结果示意图；
[0031]图2是所述生物质灰经过氢氧化钾改性前与改性后的SEM图；
[0032]图3是所述BA、MBA、MBA
‑
Cu、MBA
‑
Cd、MBA
‑
Pb的FTIR谱图分析结果示意图；
[0033]图4是所述BA、MBA、MBA
‑
Cu、MBA
‑
Cd、MBA
‑
Pb的XRD分析结果示意图；
[0034]图5是所述BA、MBA、MBA
‑
Cu、MBA
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性生物质灰材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)称取一定质量的生物质灰及氢氧化钾；(2)将生物质灰与氢氧化钾混合均匀后移置离心管中，浸泡、水浴振荡，取出后自然冷却至室温；(3)将准备好的离心管进行离心、过滤分离，然后用去离子水洗涤、烘干，得到碱改性生物质灰；其中，所述生物质灰与氢氧化钾的质量比范围为4:2～4:5。2.根据权利要求1所述的改性生物质灰材料的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，将生物质灰与氢氧化钾混合均匀后移置于离心管中浸泡1～1.5h，在80～100℃下水浴振荡12～14h，取出后自然冷却至室温。3.根据权利要求1所述的改性生物质灰材料的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，将离心管在3000～4000r/min下离心10～15min，进行过滤分离，然后用去离子水洗涤，于95～105℃在烘箱中烘...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔红标，赵英杰，李帅，胡少军，王昱茗，鲍丙露，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：