一種去除廢水中鎘的吸附劑製備及應用方法
2023-06-01 10:38:46
一種去除廢水中鎘的吸附劑製備及應用方法
【專利摘要】本發明公開了一種去除廢水中鎘的吸附劑製備及應用方法，屬於固廢資源利用技術和環境汙染修復【技術領域】。吸附劑為水葫蘆質生物炭，其製作步驟為：將無汙染水域中水葫蘆除雜風乾後，乾燥粉碎成粉末，置於氣氛爐中限氧熱解250℃～450℃，於終溫保持一個小時，待冷卻到室溫後取出，即獲得水葫蘆質生物炭。該水葫蘆質生物炭吸附廢水中鎘最高吸附量可達到80mg/g，應用方法為：將水葫蘆質生物炭添加到含鎘廢水中，初始鎘濃度為1～500mg/l，添加量為5g/l，反應0～24h，反應溫度為25℃，振蕩速率為150r/min。本方法吸附優勢在於本發明所公布的吸附劑原料來源廣泛、價格低廉、製備過程簡單、鎘吸附容量大。
【專利說明】一種去除廢水中鎘的吸附劑製備及應用方法
【技術領域】
[0001] 本發明公開了一種生物質碳，屬於固廢資源利用技術和環境汙染修復【技術領域】， 尤其涉及一種去除廢水中鎘的水萌蘆質生物炭的製備方法和應用方法。
【背景技術】
[0002] 鎘是最有毒的重金屬之一。長期暴露在鎘環境中易引起貧血、骨質疏鬆、腎損壞等 一系列疾病。最新發布的第一次國家土壤汙染調查顯示，鎘已經被列為我國土壤首要汙染 物。湖南被稱為有色金屬之鄉，是中國水、土壤鎘汙染最為嚴重的地區之一。其中，湘江沉 積物的鎘濃度高達19. 42mg/kg，是全國平均值的76倍。目前，湘江流域大約有四千三百萬 人口遭受著飲用水和稻米鎘汙染的威脅。因此，水、土壤鎘汙染治理是一個亟待解決的環境 問題。
[0003] 生物炭是一種通過限氧熱解生物質獲得的富碳產物。生物炭前體多為農田生物廢 棄物，如稻草秸杆、甘蔗渣、牛糞等等。其原材料廣泛容易獲得且製備過程簡單，已被廣泛 應用於各種重金屬汙染修復。因其具有高度發達的孔隙結構、豐富的比表面積和表面官能 團的特點，比活性炭更廉價和更高吸附容量，因此，生物炭是一種理想的廢水汙染物吸附材 料，可用於氮、磷、有機物和重金屬等多種汙染物的處理。
[0004] 水萌蘆被國際自然保護聯盟列為地球上100種最具"侵略性"的植物之一，它分 布廣泛、繁殖迅速極易破壞水生生態系統，使水域缺氧而導致水質惡化，破壞漁業和水利發 電。將水萌蘆轉變為生物炭吸附廢水中的鎘，其吸附容量最高可達到80mg/g，遠遠高於活性 炭和許多已報導的其他不同生物質來源的生物炭。因此，合理地利用這種生物，將它轉變為 生物碳，是環境汙染修復和固廢資源利用的雙贏策略。然而，目前以研宄水萌蘆為原料製備 生物炭及其在汙染環境中的應用尚未見報導。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在於提供一種利用水萌蘆製備生物炭的方法及其在汙染水、土壤中 的應用，該方法操作簡單易行，且獲得的生物炭產率高、對水體中的鎘吸附能力強。
[0006] 本發明提供了一種利用水萌蘆製備生物炭的方法，包括：
[0007] (1)水萌蘆預處理：將在未汙染的水域中收集到的水萌蘆除雜後風乾，並待其風 幹後置於鼓風乾燥箱中於60°C過夜烘乾，粉碎至1?2_，裝入自封帶置於乾燥箱中保存備 用。
[0008] (2)熱解、冷卻：粉碎後的水萌蘆粉末置於氣氛爐中於常溫通氮氣20分鐘，然後以 6. 5°C /min速率升溫至250°C進行碳化，終溫保持2小時，冷卻至室溫取出，製得水萌蘆生物 炭。整個升溫熱解過程和冷卻至室溫過程均在氮氣環境下進行。
[0009] 本發明還提供了一種採用所述方法製備的水萌蘆質生物炭，所述生物炭的基本性 質見表格1。
[0010] 表1 :採用所述方法製備的一種水萌蘆質生物炭基本性質
[0011]
【權利要求】
1. 一種去除廢水中鎘的吸附劑（水萌蘆質生物炭）製備及應用方法，其製備方法，包 括： (1) 水萌蘆預處理：將在未汙染的水域中收集到的水萌蘆除雜後風乾，並待其風乾後 置於鼓風乾燥箱中於60°C過夜烘乾，粉碎至1?2_，裝入自封帶置於乾燥箱中保存備用； (2) 熱解、冷卻：粉碎後的水萌蘆粉末置於氣氛爐中於常溫通氮氣20分鐘，然後以 6. 5°C/min速率升溫至250°C進行碳化，終溫保持2小時，冷卻至室溫取出，製得水萌蘆質生 物炭，整個升溫熱解過程和冷卻至室溫過程均在氮氣環境下進行。
2. 如權利要求1所述的水萌蘆質生物炭製備方法，其特徵在於，步驟（1)中的水萌蘆烘 幹的溫度為60 °C，過夜烘乾。
3. 如權利要求1所述的水萌蘆質生物炭製備方法，其特徵在於，步驟（1)中的水萌蘆幹 燥後粉碎至1?2謹。
4. 如權利要求1所述的水萌蘆質生物炭製備方法，其特徵在於，步驟（2)水萌蘆升溫速 率為 6. 5°C/min。
5. 如權利要求1所述的水萌蘆質生物炭製備方法，其特徵在於，步驟（2)水萌蘆熱解終 溫分別為 250 °C、350 °C、450 °C、550 °C。
6. 如權利要求1所述的水萌蘆質生物炭製備方法，其特徵在於，步驟（2)水萌蘆放入氣 氛爐熱解前先通20分鐘氮氣，熱解至冷卻至室溫的過程中始終通氮氣，並且氮氣壓力維持 在 0?IMPa。
7. 如權利要求1所述的水萌蘆質生物炭製備方法，其特徵在於，熱解的生物質為水萌 蘆。
8. 如權利要求1所製備的水萌蘆質生物炭應用，其特徵在於，所述的水萌蘆質生物炭 用於吸附廢水中的鎘。
9. 根據權利8所述的水萌蘆質生物炭應用，其特徵在於，所述水萌蘆質生物炭吸附廢 水中的鎘，方法如下：初始鎘濃度為1?500mg/l，在25°C左右振蕩條件下，投入水萌蘆質生 物炭吸附劑，投加比例為5g/l，振蕩時間為0?24h，振蕩速率為150r/min。
【文檔編號】C02F1/62GK104511272SQ201410562485
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年10月22日 優先權日:2014年10月22日
【發明者】王欣, 張鳳 申請人:王欣, 張鳳