【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于重金属污染治理，具体涉及用于重金属离子吸附的改性生物炭及其制备方法与应用。
技术介绍
1、重金属一般指本身比重≥5.0g/cm3的金属元素，如汞(hg)、铬(cr)、铅(pb)、锌(zn)、镉(cd)等。由于矿山开采、污水灌溉、金属冶炼及加工、农业物资应用以及化学生产等人为活动导致大量重金属离子进入水体和土壤等环境介质之中，并对生态环境和人体健康造成危害。与化学沉淀法、氧化还原法、离子交换法、膜分离法、电化学法等去除重金属离子方法相比，吸附法操作简单、无需添加大量化学制剂、能耗低，受到了研究者的普遍关注，其中吸附材料是吸附技术发展的关键。
2、生物炭是一种由生物质(例如农业上秸秆、果皮和林业上的木材、落叶等)在缺氧或无氧条件下加热得到的富碳产品。由于生物炭原料来源广泛、成本低、可再生，并且制备工艺简单、能耗低、环境友好，关于生物炭在土壤改良、可再生能源生产、减缓气候变化和生物质废弃物管理等领域国内外已开展了大量系统研究。
3、由于生物炭具有较大的比表面积、良好的空隙结构以及丰富的表面基团，近几年生物炭作为廉价吸附剂用于废水处理也得到了广泛重视。然而与活性炭相比，生物炭的比表面积较小不利于吸附。因此直接制备生物炭用于重金属离子吸附性能较差，目前普遍的方式是进行改性处理。其中，酸、碱或氧化剂改性主要是增加比表面积和微孔结构、表面官能团或离子交换能力提高生物炭对重金属离子的吸附性能。此外，通过负载金属氧化物、矿物、富碳材料等增加生物炭表面吸附位以提高吸附性能，然后上述方法都不同程度存在改性过程操作
4、关于环境介质中重金属的污染主要分为两类：(1)单一重金属污染，该类污染重金属单一，相对来说易控；(2)复合重金属污染，该类污染含有多种重金属，相对来说处理难度更大，对吸附材料的选择相对来说考虑因素更加复杂。有些生物炭改性技术能提高对单一重金属吸附性能，但对多种重金属离子共存的吸附能力不强，对重金属污染治理效率不高。
5、因此亟需对提高生物炭吸附重金属离子，尤其是复合重金属离子的改性技术进一步改进优化。
技术实现思路
1、本申请的目的在于提供用于重金属离子吸附的改性生物炭及其制备方法与应用，旨在解决目前提高吸附重金属性能的生物炭改性技术操作复杂，成本高和存在二次污染，以及有些改性方法不能同时增强对多种重金属吸附能力等技术问题。
2、为实现上述申请目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、第一方面，本专利技术提供用于重金属离子吸附的改性生物炭制备方法，包括以下步骤：
4、s1、以干燥后的废弃生物质为原料，氮气氛围下热解，破碎过筛，洗涤干燥后，获得未改性生物炭；
5、s2、将未改性生物炭颗粒浸入聚多巴胺溶液中，搅拌后取出，洗涤干燥后获得聚多巴胺负载生物炭；
6、s3、将聚多巴胺负载生物炭置于紫外光下照射，照射后洗涤干燥，即得多巴胺-紫外改性生物炭；或
7、将聚多巴胺负载生物炭再次氮气氛围下热解，洗涤干燥后，即得多巴胺-热解改性生物炭。
8、其中，所述废弃生物质选自农业或林业中富含木质纤维素的废弃生物质，包括树木枝条或农作物秸秆中至少一种。
9、其中，步骤s1中，所述热解温度为400℃～700℃。热解时间为1.0～2.0h。
10、其中，步骤s1中，所述筛孔目数为100目。
11、其中，步骤s1中，所述干燥温度为105℃。
12、其中，步骤s2中，未改性生物炭与聚多巴胺溶液料液比例为30:1(g/l)；所述聚多巴胺溶液浓度为2.0～4.0g/l。优选地，所述聚多巴胺溶液浓度为2.0～3.0g/l。
13、其中，步骤s2中，所述聚多巴胺溶液是通过将盐酸多巴胺加入到tris-hcl缓冲液中，室温下搅拌溶解而形成。
14、优选地，所述tris-hcl缓冲液的浓度为10mm，ph＝8.5；所述盐酸多巴胺浓度为98％。
15、优选地，所述室温溶解时间为1.0～1.5h。
16、其中，步骤s2中，所述搅拌速率为150rpm，时间为10.0～15.0h。
17、其中，步骤s2中，所述干燥温度为60℃。
18、其中，步骤s3中，所述紫外光照射时，照射时间为3～5h，紫外光功率≥150w，紫外光与生物炭距离为6～10cm，紫外光主波长365nm。优选地，紫外光照射时间为4.0h，功率为150w，距离为8cm。
19、其中，步骤s3中，所述聚多巴胺负载的生物炭于紫外光下照射时，匀铺厚度＜2.0mm。优选地，匀铺厚度为1.0mm。
20、其中，步骤s3中，再次热解温度为500℃。热解时间为1.5～2.0h。
21、其中，步骤s3中，所述改性生物炭干燥温度为105℃。
22、第二方面，本专利技术提供上述制备方法制备的多巴胺-紫外改性生物炭或多巴胺-热解改性生物炭。
23、第三方面，本专利技术还提供上述多巴胺-紫外改性生物炭或多巴胺-热解改性生物炭在吸附重金属离子上的应用。
24、其中，所述重金属离子包括cr、ni、pb、zn或cd中至少一种离子。
25、有益效果：
26、1、本专利技术通过生物炭上负载聚多巴胺，可以增加材料的亲水性，同时聚多巴胺表面的化学官能团丰富，将聚多巴胺化学结构中儿茶酚、胺和亚胺等官能团引入到生物炭表面，增加了改性生物炭表面的吸附点位，能提高对多种重金属离子的吸附能力。
27、2、本专利技术的技术方案是进一步用紫外线照射负载聚多巴胺的生物炭，由于紫外光产生自由基，光线深入聚合物内部产生化学作用，增加改性生物炭表面的含氧化学基团，提高对重金属离子的吸附能力。
28、3、本专利技术另一种技术方案是将负载聚多巴胺的生物炭通过再次热解，形成介孔pda，从而增大吸附材料比表面积。
29、4、本专利技术的改性方法操作简便可控，无需增加处理设备，能耗低，采用的改性药剂和改性过程对环境友好，无二次污染，改性后提高了生物炭材料对多种共存重金属离子的吸附能力，同时实现农业和园林废弃生物质的资源化和高值化利用。
30、5、本专利技术的改性生物炭制备方法简单，成本低，环保，能广泛应用于水体和土壤介质的重金属污染治理领域。
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1.用于重金属离子吸附的改性生物炭制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的用于重金属离子吸附的改性生物炭制备方法，其特征在于：所述废弃生物质选自农业或林业中富含木质纤维素的废弃生物质，包括树木枝条或农作物秸秆中至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的用于重金属离子吸附的改性生物炭制备方法，其特征在于：步骤S1中，满足以下至少一项：
4.根据权利要求1～3任一项所述的用于重金属离子吸附的改性生物炭制备方法，其特征在于：步骤S2中，未改性生物炭与聚多巴胺溶液料液比例为30:1(g/L)；所述聚多巴胺溶液浓度为2.0～4.0g/L；优选地，所述聚多巴胺溶液浓度为2.0～3.0g/L。
5.根据权利要求1～4任一项所述的用于重金属离子吸附的改性生物炭制备方法，其特征在于：所述聚多巴胺溶液是通过将盐酸多巴胺加入到Tris-HCl缓冲液中，室温下搅拌溶解而形成。
6.根据权利要求1～5任一项所述的用于重金属离子吸附的改性生物炭制备方法，其特征在于：步骤S2中，所述搅拌速率为150rpm，时间为10.0～15.0
7.根据权利要求1～6任一项所述的用于重金属离子吸附的改性生物炭制备方法，其特征在于：步骤S3中，满足以下至少一项：
8.根据权利要求1～6任一项所述的用于重金属离子吸附的改性生物炭制备方法，其特征在于：步骤S3中，满足以下至少一项：
9.权利要求1～7任一项所述的制备方法制备的多巴胺-紫外改性生物炭或权利要求1～6、8任一项制备方法制备的多巴胺-热解改性生物炭。
10.权利要求9所述的多巴胺-紫外改性生物炭或多巴胺-热解改性生物炭在吸附重金属离子上的应用。
...【技术特征摘要】
1.用于重金属离子吸附的改性生物炭制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的用于重金属离子吸附的改性生物炭制备方法，其特征在于：所述废弃生物质选自农业或林业中富含木质纤维素的废弃生物质，包括树木枝条或农作物秸秆中至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的用于重金属离子吸附的改性生物炭制备方法，其特征在于：步骤s1中，满足以下至少一项：
4.根据权利要求1～3任一项所述的用于重金属离子吸附的改性生物炭制备方法，其特征在于：步骤s2中，未改性生物炭与聚多巴胺溶液料液比例为30:1(g/l)；所述聚多巴胺溶液浓度为2.0～4.0g/l；优选地，所述聚多巴胺溶液浓度为2.0～3.0g/l。
5.根据权利要求1～4任一项所述的用于重金属离子吸附的改性生物炭制备方法，其特征在于：所述聚多巴胺溶液是通过将...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘杰，米瑞冬，金吉媛，汪惠，
申请(专利权)人：中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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