一種用於淨化磷汙染水體負載鑭生物炭的製備方法
2023-10-04 18:20:49 1
一種用於淨化磷汙染水體負載鑭生物炭的製備方法
【專利摘要】一種用於淨化磷汙染水體負載鑭生物炭的製備方法，方法為：將過60-100目篩的玉米秸稈加入到鑭溶液中，用4-6MNaOH或氨水調節溶液pH為不低於10，離心，棄去上清液，用95%乙醇清洗；清洗後的固體經烘乾和搗碎後，置於馬弗爐中熱解；熱解產物冷卻至室溫，磨碎過60-100目篩的物料用蒸餾水反覆清洗至pH為8以下，烘乾，過60-100目篩的產物即為負載鑭生物炭。本發明所製備的負載鑭生物炭不僅具有高的除磷效率，製備工藝簡便易行，製備成本低廉，而且充分利用了秸稈廢棄物，減少了因焚燒秸稈而造成的環境汙染，同時負載鑭生物碳的二次利用於還田，增加了土壤的碳庫和磷庫。
【專利說明】一種用於淨化磷汙染水體負載鑭生物炭的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於富營養水體淨化【技術領域】，具體涉及一種廉價高效、可二次利用的用於淨化磷汙染水體負載鑭生物炭的製備方法。
【背景技術】
[0002]水體富營養化是世界各國普遍存在的環保問題，我國也不例外，而且隨著我國社會經濟的快速發展，水體富營養化呈現普遍和日益嚴重的發展態勢。所謂水體富營養化是指氮、磷等植物營養物質含量過多所引起的水質汙染現象。在造成水體富營養化的氮、磷二因子中，磷被視為限制因子。因此，如何去除富營養化水體中的磷一直是人們關注的焦點和研究的熱點。同時也研究和發展了多種除磷技術如生物除磷法、化學沉澱法、結晶、離子交換和吸附等，其中，吸附法以其操作簡便易行、效率高、反應快成為最常用的技術。在吸附法中，研發了多種吸附劑如氧化鋁、針鐵礦、粉煤灰、蒙脫土、沸石、介孔氧化矽等。但由於傳統的吸附劑存在著吸附能力低、吸附速率慢、吸附條件較為嚴格(通常只在特定的PH或溫度範圍內起作用)等問題，限制了其應用。
[0003]由於稀土元素的氧化物往往具有較高的吸附陰離子的能力，所以近年來，利用稀土元素去除陰離子汙染物和吸附去除水體中磷的研究多有報導。其中，鑭因其價廉以及氧化鑭的零電位點較高等特點，已被應用於水體的吸附除磷。然而，由於氧化鑭一般以超細顆粒的粉末狀(粒徑在10-44μm之間)存在，不易於回收，也增加了廢水除磷成本；同時將氧化鑭直接應用於水體中，過量的鑭會對一些水生生物造成毒害，影響了整個水生生態系統。由此可見，只有將鑭負載到穩定性強、孔隙率較高的載體上才能實現其環境友好性應用。
[0004]生物炭一般是指農作物(秸杆類)或樹木等植物材料在缺氧或絕氧條件下熱解產生的一類具有大孔隙率和比表面積的碳材料。生物炭因其具有極大的穩定性，施入土壤後可發揮固碳減排的作用；因其具有較大的比表面積且表面一般帶負電，被用於吸附去除水體中的重金屬和有機汙染物，而難以吸附去除以陰離子形式存在的汙染物。
【發明內容】
[0005]解決的技術問題:為了充分利用氧化鑭和生物碳的優勢並克服它們的不足，本發明將鑭負載到生物炭上形成負載鑭生物碳，目的在於提供一種既除磷效率高，工藝簡便易行，成本低，又充分利用秸杆廢棄物，還可二次利用的用於淨化磷汙染水體負載鑭生物炭的製備方法。
[0006]技術方案:用於淨化磷汙染水體負載鑭生物炭的製備方法，製備步驟為:1)製備生物炭原料Atl:風乾玉米秸杆破碎成0.1-0.5cm的塊狀，用去離子水對其進行反覆洗滌至洗滌液遇鑰酸銨和抗壞血酸不顯藍色；然後將洗滌後的秸杆置於烘箱中烘乾至恆重，粉碎，過60-100目篩的物料即為Atl ;2)製備生物炭原料和鑭混合物A1:先將氯化鑭加入蒸餾水中，再加入Atl，其加入比例為=Atl與蒸餾水的質量體積比為1:10 (g/mL)、與鑭元素的質量比為5%-15% ;邊攪拌 上述混合溶液邊逐滴加入4-6M NaOH或氨水至溶液為pH≥10，繼續攪拌1-2h,再在4000-5000rpm下離心5_8min,倒掉上清液,將剩餘固體用乙醇清洗2_4遍後放入烘箱中烘乾至恆重即為A1 ；3)製備負載鑭生物炭A2:將A1搗碎置於坩堝中，再放入馬弗爐中300-600°C焙燒20-100min，冷卻至室溫後取出，過60-100目篩的物料用蒸餾水離心，轉速4000-5000rpm，時間5_8min，清洗至pH〈8，烘乾，過60-100目篩的物料即為A2。
[0007]步驟1)中塊狀玉米秸杆烘乾溫度為60_80°C，烘乾時間為12_24h。
[0008]步驟2)中混合溶液中鑭元素與Atl的質量比為11.13%。乙醇清洗後的固體其烘乾溫度為105-110°C，烘乾時間為6-12h。
[0009]步驟3)中A1在馬弗爐中的焙燒溫度為580°C。A1在馬弗爐中焙燒時達到最高溫度的保持時間為lOOmin。熱解產物離心清洗後的烘乾溫度為105-110°C，烘乾時間為6-12h。
[0010]有益效果:1、本發明所述方法所製備的用於淨化富營養化水體的負載鑭生物炭即A2具有很強的除磷能力，使用Langmuir模型計算得到的最大單層吸附量Qm為25.5mg P/g(表1)使其在吸附能力方面相比現在通用的活性炭吸附劑以及同類的鑭負載型吸附劑在吸附能力方面都具有一定的競爭優勢(表2)，可以切實有效地降低水體的富營養化風險；
[0011]表1Langmuir與Freundlich吸附等溫模型比較一覽表
[0012]
【權利要求】
1.用於淨化磷汙染水體負載鑭生物炭的製備方法，其特徵在於製備步驟為: 1)製備生物炭原料Atl:風乾玉米秸杆破碎成0.1-0.5cm的塊狀，用去離子水對其進行反覆洗滌至洗滌液遇鑰酸銨和抗壞血酸不顯藍色；然後將洗滌後的秸杆置於烘箱中烘乾至恆重，粉碎，過60-100目篩的物料即為Atl; 2)製備生物炭原料和鑭混合物A1:先將氯化鑭加入蒸餾水中，再加入Atl，其加入比例為=Aci與蒸懼水的質量體積比為1:10 (g/mL)、與鑭元素的質量比為5%-15% ;邊攪拌上述混合溶液邊逐滴加入4-6M NaOH或氨水至溶液為pH > 10，繼續攪拌l_2h，再在4000-5000rpm下離心5-8min，倒掉上清液，將剩餘固體用乙醇清洗2_4遍後放入烘箱中烘乾至恆重即為A1 ; 3)製備負載鑭生物炭A2JfA1搗碎置於坩堝中，再放入馬弗爐中300-600°C焙燒20-100min,冷卻至室溫後取出，過60-100目篩的物料用蒸餾水離心，轉速4000-5000rpm，時間5-8min，清洗至pH〈8，烘乾，過60-100目篩的物料即為A2。
2.根據權利要求1所述的用於淨化磷汙染水體負載鑭生物炭的製備方法，其特徵在於步驟I)中塊狀玉米秸杆烘乾溫度為60-80°C，烘乾時間為12-24h。
3.根據權利要求1所述的用於淨化磷汙染水體負載鑭生物炭的製備方法，其特徵在於步驟2)中混合溶液中鑭元素與A0的質量比為11.13%。
4.根據權利要求1所述的用於淨化磷汙染水體負載鑭生物炭的製備方法，其特徵在於步驟2)中乙醇清洗後的固體其烘乾溫度為105-110°C，烘乾時間為6-12h。
5.根據權利要求1所述的用於淨化磷汙染水體負載鑭生物炭的製備方法，其特徵在於步驟3)中A1在馬弗爐中的焙燒溫度為580°C。
6.根據權利要求1所述的用於淨化磷汙染水體負載鑭生物炭的製備方法，其特徵在於步驟3)中A1在馬弗爐中焙燒時達到最高溫度的保持時間為lOOmin。
7.根據權利要求1所述的用於淨化磷汙染水體負載鑭生物炭的製備方法，其特徵在於步驟3)中熱解產物離心清洗後的烘乾溫度為105-110°C，烘乾時間為6-12h。
【文檔編號】C02F1/58GK103785357SQ201410020824
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月17日 優先權日:2014年1月17日
【發明者】王建國, 戴敏, 巢軍委 申請人:中國科學院南京土壤研究所