一种生物炭废水处理剂及其制备方法和使用方法技术

一种生物炭废水处理剂及其制备方法和使用方法，所述生物炭废水处理剂包括猪粪基磁性生物炭、氧化铜、过硫酸盐，所述猪粪基磁性生物炭：氧化铜：过硫酸盐的质量比为1

【技术实现步骤摘要】
一种生物炭废水处理剂及其制备方法和使用方法


[0001]本专利技术属于废水处理
，具体涉及一种生物炭废水处理剂及其制备方法和使用方法。

技术介绍

[0002]水体污染具有广泛性，探索使用成本较低的水处理剂是治理水污染问题的目标之一。生物炭是一种低成本、环保、含碳量高的材料，主要通过热解废弃生物质原料来制备，因而可以实现对废弃物的有效再利用。生物炭的表面具有发达的孔隙结构、较大的比表面积、丰富的表面官能团和高阳离子交换容量等优点，且性价比高、吸附容量大，因而受到广泛关注。
[0003]现有技术中，各种不同的农业固体废物均可制备形成生物炭用于水体污染的研究。但是不同原料制备形成的生物炭的理化性质各不相同，其水体污染治理效果也不同。因此，需要寻找合适的生物质原料以及通过对生物炭进行改性来提高去除水体污染中的重金属以及污染物的去除率。
[0004]中国专利申请号为201811463751 .1公开了一种重金属废水高效吸附净化炭基材料的制备及应用方法，以水稻秸秆、小麦秸秆、玉米芯、稻壳、花生壳为生物质材料，采用水热炭化技术，结合微生物液态发酵和蒸汽爆破过程，制备成为一种重金属污水高效吸附材料，相比改良前的水热炭对于铅离子和铜离子的吸附能力分别提高了数十倍。
[0005]此外，废水水体的污染物仅仅通过生物炭的吸附是难以完全去除的，因此，常将生物炭这类吸附材料与其他物质联用以来提高去除废水的水体污染中的重金属、有机物等污染物的去除率。
[0006]中国专利申请号为201910017024 .0公开了一种具备重金属吸附以及有机物降解的多功能生物炭的制备方法及其应用，将生物质粉、催化金属源、HPMC和酸的原料溶液在含氧气氛、100
‑
280℃下热解制得，其中，生物质粉采用的是木质纤维素类生物质的粉末，催化金属源为钴源、铁源、镍源、锰源中的至少一种，并且将所述的多功能生物炭、过硫酸盐和废水混合，用于废水的处理。

技术实现思路

[0007]专利技术目的：为了克服以上不足，本专利技术的目的是提供一种生物炭废水处理剂及其制备方法和使用方法，包括猪粪基磁性生物炭、氧化铜、过硫酸盐，氧化铜通过物理
‑
化学沉积的方式均匀、稳定地附着在猪粪基磁性生物炭上，与过硫酸盐联合使用时，有利于激发过硫酸盐产生硫酸根自由基，对废水中的有机污染物、重金属离子具有优异的去除作用，使用方法多样，成本低，应用前景广泛。
[0008]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种生物炭废水处理剂，所述生物炭废水处理剂包括猪粪基磁性生物炭、氧化铜、过硫酸盐，所述猪粪基磁性生物炭：氧化铜：过硫酸盐的质量比为1
‑
3：5
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15：1
‑
5；其中，氧化
铜通过物理
‑
化学沉积的方式负载在猪粪基磁性生物炭上，然后与过硫酸盐联用对废水进行处理；所述猪粪基磁性生物炭，是以猪粪为生物质制备生物炭，然后按照生物炭：碳酸钾：四氧化三铁=2
‑
10：1
‑
6：1
‑
2 的质量比制备猪粪基磁性生物炭。
[0009]本专利技术所述的生物炭废水处理剂，包括猪粪基磁性生物炭、氧化铜、过硫酸盐，猪粪基磁性生物炭具有较大的比表面积、孔隙结构，其作为载体，使氧化铜通过物理
‑
化学沉积的方式可以均匀附着在猪粪基磁性生物炭上，氧化铜与猪粪基磁性生物炭之间形成了新的化学键相互连接，稳定性好，可以为过硫酸盐的催化提供更多的活性位点，当其与过硫酸盐联合使用时，可以激发过硫酸盐产生硫酸根自由基，使废水中的有机污染物被快速氧化，从而对废水中的有机污染物进行去除。此外，猪粪基磁性生物炭的高比表面积、孔径体积、含氧官能团对废水中的重金属离子、污染物也具有较好的吸附去除作用。
[0010]此外，相比以农作物秸秆（例如水稻、小麦、玉米秸秆等）、木质纤维素（例如竹）制备的生物炭，本专利技术以猪粪(动物粪便)为生物质制备的生物炭，灰分含量更多、含氧官能团所占比例更大，灰分可以与废水中的重金属产生沉淀作用以及与重金属发生阳离子交换作用，羧基官能团与重金属间产生表面络合作用，因此，本专利技术所述生物炭对废水中的重金属去除效果更优。并且，随着畜牧业的快速发展，我国的猪粪产量巨大，其价格及其低廉。
[0011]此外，生物炭的粒径小能够在废水溶液中很好的扩散， 但是在实际应用中却很难将其分离，本专利技术通过碳酸钾、四氧化三铁对生物炭进行化学改性，将磁性介质引入至生物炭中，利用磁性分离技术能够有效解决这一难题，并且磁性介质可以提升猪粪基磁性生物炭对多种化学物质的吸附亲和度，提高了废水的处理效果。
[0012]进一步的，上述的生物炭废水处理剂，所述猪粪基磁性生物炭与氧化铜的负载质量比为3：5
‑
20。
[0013]猪粪基磁性生物炭上的氧化铜主要是分布修饰于猪粪基磁性生物炭的孔隙与表面，形成表面较为粗糙的结构，该结构与过硫酸盐的合位点较多，能更快地产生活性物质，对废水中的有机物进行氧化。相较于现有技术中常采用的铁源，氧化铜这类铜源不依赖金属离子溶出，在整个催化过程中金属离子溶出少，pH适用范围更广。
[0014]本专利技术还涉及所述生物炭废水处理剂的制备方法，包括猪粪基磁性生物炭的制备、氧化铜负载猪粪基磁性生物炭；其中，所述猪粪基磁性生物炭的制备，包括如下步骤：（1） 制备生物炭：先去除猪粪表面土壤颗粒，然后在室温下通风晾干，在40
‑
60℃的烘箱内烘干；将烘干的猪粪通过粉碎机粉碎成0.15
‑
0.3mm的粉末，过 50
‑
100目筛后，收集备用为生物质原料；将上述生物质原料放入高温炉内，向高温炉中通入氮气，形成缺氧或者无氧环境；在缺氧或者无氧环境下，高温炉以2
‑
6℃的升温速率缓慢升温至200
‑
600℃，对生物质原料进行热解，热解时间为1
‑
3 h，热解完成后，冷却至室温，经粉碎机粉碎成1
‑
3mm的碎片，得到生物炭；（2） 制备猪粪基磁性生物炭：将上述生物炭搅拌直至均匀分散于超纯水中，得到A 溶液；将碳酸钾搅拌直至均匀分散于超纯水中，将四氧化三铁搅拌直至均匀分散于超纯水中，然后将两者搅拌混合得到B 溶液；将 A 溶液和B 溶液混合，在室温下搅拌 0.5
‑
1h,得到混合溶液，然后向混合溶液中加入 NaOH调节pH至 10
‑
11，继续搅拌0.5
‑
1.5 h,将混合溶液煮沸，沸腾0.5
‑
1.5 h，过滤，得到过滤物一；用超纯水和乙醇对过滤物一进行多次清洗，然后在40
‑
60℃的烘箱内烘干，得到猪粪基磁性生物炭。
[0015]采用本专利技术所述方法制备的生物炭的灰分含量在58
‑
62%，比表面积在11
‑
14m2g
‑1。该生物炭主要包括C本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物炭废水处理剂，其特征在于，所述生物炭废水处理剂包括猪粪基磁性生物炭、氧化铜、过硫酸盐，所述猪粪基磁性生物炭：氧化铜：过硫酸盐的质量比为1
‑
3：5
‑
15：1
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5；其中，氧化铜通过物理
‑
化学沉积的方式负载在猪粪基磁性生物炭上，然后与过硫酸盐联用对废水进行处理；所述猪粪基磁性生物炭，是以猪粪为生物质制备生物炭，然后按照生物炭：碳酸钾：四氧化三铁=2
‑
10：1
‑
6：1
‑
2 的质量比制备猪粪基磁性生物炭。2.根据权利要求1所述生物炭废水处理剂，其特征在于，所述猪粪基磁性生物炭与氧化铜的负载质量比为3：5
‑
20。3.根据权利要求1
‑
2任一项所述生物炭废水处理剂的制备方法，其特征在于，包括猪粪基磁性生物炭的制备、氧化铜负载猪粪基磁性生物炭；其中，所述猪粪基磁性生物炭的制备，包括如下步骤：（1）制备生物炭：先去除猪粪表面土壤颗粒，然后在室温下通风晾干，在40
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60℃的烘箱内烘干；将烘干的猪粪通过粉碎机粉碎成0.15
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0.3mm的粉末，过 50
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100目筛后，收集备用为生物质原料；将上述生物质原料放入高温炉内，向高温炉中通入氮气，形成缺氧或者无氧环境；在缺氧或者无氧环境下，高温炉以2
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6℃的升温速率缓慢升温至200
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600℃，对生物质原料进行热解，热解时间为1
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3 h，热解完成后，冷却至室温，经粉碎机粉碎成1
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3mm的碎片，得到生物炭；（2）制备猪粪基磁性生物炭：将上述生物炭搅拌直至均匀分散于超纯水中，得到A 溶液；将碳酸钾搅拌直至均匀分散于超纯水中，将四氧化三铁搅拌直至均匀分散于超纯水中，然后将两者搅拌混合得到B 溶液；将 A 溶液和B 溶液混合，在室温下搅拌 0.5
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1h,得到混合溶液，然后向混合溶液中加入 NaOH调节pH至 10
‑
11，继续搅拌0.5
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【专利技术属性】
技术研发人员：王红彬，孔红杰，龚青，
申请(专利权)人：太仓百川水处理设备有限公司，
类型：发明
国别省市：