一種凹凸棒石‑生物質活性炭土壤修復材料及其製備方法與流程
2023-10-23 12:10:42 3
本發明屬於生物質資源的高值化利用領域，特別涉及一種凹凸棒石-生物質活性炭土壤修復材料及其製備方法。
背景技術：
：工業固體廢棄物資源的高值化利用已成為資源節約型、環境友好型社會的發展趨勢。菜籽油渣是菜籽榨油後的一種副產物，屬於生物質工業固體廢棄物中的一種。據統計，2016年我國油菜籽產量1400萬噸，這無疑將產生大量菜籽油渣固體廢棄物。目前的處理方法是將這些菜籽油渣用作植物肥料，但是這並沒有實現生物質工業固體廢棄物資源的高值化利用水平。利用菜籽油渣為碳源，為菜籽油渣固體廢棄物的高值化利用開闢了一個新方向，然而菜籽油渣在熱解過程中易結焦，從而嚴重影響了其炭化產物的比表面積和孔結構。技術實現要素：本發明旨在提供一種凹凸棒石-生物質活性炭土壤修復材料及其製備方法，其技術方案是以凹凸棒石和菜籽油渣為原料，首先採用一步高溫熱解法製備凹凸棒石/炭複合材料，然後通過酸活化處理製得凹凸棒石/活性炭複合材料。具體步驟為：(1)將菜籽油渣和凹凸棒石粉體均勻混合，然後將所得混合物置於惰性氣氛下熱解，製得凹凸棒石/炭複合材料，其中，菜籽油渣與凹凸棒石粉體的質量比為0.5～3:1，惰性氣氛為氮氣，熱解為450～650℃條件下反應2～5小時；(2)將步驟(1)所得的凹凸棒石/炭複合材料加入到酸性溶液中進行水熱處理，即製得凹凸棒石/活性炭複合材料，其中，凹凸棒石/炭複合材料與酸性溶液的質量比為0.1～0.3:1，酸性溶液為氫離子濃度為3～10摩爾/升的鹽酸溶液、硫酸溶液或硝酸溶液，水熱處理為，150～180℃條件下水熱反應6～12小時。本發明的有益效果在於：1、本發明基於糧油工業固體廢棄物菜籽油渣中豐富的蛋白質和胺基酸，採用其作為有機碳源製備出的活性炭富含了原料自身的氮、磷元素所形成的活性基團，從而有利於固化土壤中的重金屬離子，避免了這部分重金屬對土壤周圍環境的汙染；2、本發明在菜籽油渣熱解過程中加入一維納米凹凸棒石，採用一步高溫熱解法製備凹凸棒石/炭複合材料時，可以有效防止菜籽油渣熱解過程中的結焦問題，從而提高活性炭材料的比表面積，改善其孔結構；該工藝具有成本低廉、工藝簡單等優點；3、本發明採用特定的有機碳源菜籽油渣熱解，轉化成的炭材料以類似於鋸齒形的形貌包覆在凹凸棒石表面(如附圖1所示)，增大了複合材料的比表面積；4、本發明對所製得的凹凸棒石/炭複合材料進行酸化水熱處理，這樣有2方面效果：①無機酸可以活化炭材料表面的活性基團；②可以有效去除菜籽油渣熱解形成的炭材料中原有的金屬雜質離子。這2方面效果都有利於增強複合材料對土壤中重金屬離子的吸附與固化作用。附圖說明圖1為本發明實施例4中所製備的凹凸棒石/活性炭複合材料的tem圖。具體實施方式實施例11、將1.0千克菜籽油渣和2.0千克凹凸棒石粉體均勻混合，然後將所得混合物置於氮氣氣氛下，在溫度為450℃條件下熱解6小時，製得凹凸棒石/炭複合材料；2、取1.0千克步驟1所得的凹凸棒石/炭複合材料加入到10.0千克氫離子濃度為3.0摩爾/升的鹽酸溶液中，在溫度為180℃條件下水熱處理6小時，過濾、洗滌、乾燥，即製得凹凸棒石/活性炭複合材料。實施例21、將6.0千克菜籽油渣和2千克凹凸棒石粉體均勻混合，然後將所得混合物置於氮氣氣氛下，在溫度為650℃條件下熱解2小時，製得凹凸棒石/炭複合材料；2、取2.0千克步驟1所得的凹凸棒石/炭複合材料加入到6.7千克氫離子濃度為10.0摩爾/升的硫酸溶液中，在溫度為150℃條件下水熱處理12小時，過濾、洗滌、乾燥，即製得凹凸棒石/活性炭複合材料。實施例31、將3.5千克菜籽油渣和2.0千克凹凸棒石粉體均勻混合，然後將所得混合物置於氮氣氣氛下，在溫度為550℃條件下熱解4小時，製得凹凸棒石/炭複合材料；2、取1.0千克步驟1所得的凹凸棒石/炭複合材料加入到5.0千克氫離子濃度為6.5摩爾/升的硝酸溶液中，在溫度為165℃條件下水熱處理9小時，過濾、洗滌、乾燥，即製得凹凸棒石/活性炭複合材料。實施例41、將4.0千克菜籽油渣和2.0千克凹凸棒石粉體均勻混合，然後將所得混合物置於氮氣氣氛下，在溫度為600℃條件下熱解3小時，製得凹凸棒石/炭複合材料；2、取1.0千克步驟1所得的凹凸棒石/炭複合材料加入到4.0千克氫離子濃度為5.0摩爾/升的硝酸溶液中，在溫度為170℃條件下水熱處理10小時，過濾、洗滌、乾燥，即製得凹凸棒石/活性炭複合材料。比較例1相比於上述實施例4，去掉「添加凹凸棒石粉體」這一工序，其他工藝條件不變：將4.0千克菜籽油渣置於氮氣氣氛下，在溫度為600℃條件下熱解3小時，然後將其加入到4.0千克氫離子濃度為5.0摩爾/升的硝酸溶液中，在溫度為170℃條件下水熱處理10小時，過濾、洗滌、乾燥，即製得活性炭材料。比較例2在比較例1的基礎上，將菜籽油渣替換為含碳量相等的葡萄糖，參照比較例1也進行充分的熱解並水熱處理。比較例3在比較例1的基礎上，將菜籽油渣替換為含碳量相等的纖維素，參照比較例1也進行充分的熱解並水熱處理。比較例4相比於上述實施例4，去掉「水熱處理」這一工序，其他工藝條件不變：將4.0千克菜籽油渣和2.0千克凹凸棒石粉體均勻混合，然後將所得混合物置於氮氣氣氛下，在溫度為600℃條件下熱解3小時，製得凹凸棒石/炭複合材料。土壤修復性能評價採用化學鈍化法修復固定汙染土壤中的pb和cd離子：取1.0千克同樣的汙染土壤，加入實施例和比較例所製得的凹凸棒石/活性炭複合材料(5％，質量比)與汙染土壤混合均勻，室溫(25℃)下，保持土壤最大持水量的60％培養14天後，加入去離子水淋洗，直至淋洗水量達10l，把淋洗過的土壤自然風乾，檢測分析，土壤樣品分析：將修復後的土壤及未經修復的空白土壤採用1:1(摩爾比)hno3/h2o2消解，並採用原子火焰分光光度計(aas)(德國耶拿，novaa350)測定消解液中的重金屬濃度，即可得出修復後或空白土壤中的重金屬含量，重金屬固化率＝(修復后土壤中重金屬的質量/空白土壤中相應重金屬的質量)×100％檢測結果如下表：pb固化率cd固化率實施例141.551.6實施例242.354.2實施例342.753.6實施例444.755.8比較例129.537.9比較例25.35.8比較例34.65.0比較例427.832.4當前第1頁12