申请日2014.10.22
公开(公告)日2015.04.15
IPC分类号B01J20/20; C02F1/62; C02F1/28; B01J20/30
摘要
本发明公开了一种去除废水中镉的吸附剂制备及应用方法，属于固废资源利用技术和环境污染修复技术领域。吸附剂为水葫芦质生物炭，其制作步骤为：将无污染水域中水葫芦除杂风干后，干燥粉碎成粉末，置于气氛炉中限氧热解250℃～450℃，于终温保持一个小时，待冷却到室温后取出，即获得水葫芦质生物炭。该水葫芦质生物炭吸附废水中镉最高吸附量可达到80mg/g，应用方法为：将水葫芦质生物炭添加到含镉废水中，初始镉浓度为1～500mg/l，添加量为5g/l，反应0～24h，反应温度为25℃，振荡速率为150r/min。本方法吸附优势在于本发明所公布的吸附剂原料来源广泛、价格低廉、制备过程简单、镉吸附容量大。
权利要求书
1.一种去除废水中镉的吸附剂(水葫芦质生物炭)制备及应用方法，其制备方法，包括：
(1)水葫芦预处理：将在未污染的水域中收集到的水葫芦除杂后风干，并待其风干后置 于鼓风干燥箱中于60℃过夜烘干，粉碎至1～2mm，装入自封带置于干燥箱中保存备用;
(2)热解、冷却：粉碎后的水葫芦粉末置于气氛炉中于常温通氮气20分钟，然后以6.5 ℃/min速率升温至250℃进行碳化，终温保持2小时，冷却至室温取出，制得水葫芦质生物 炭，整个升温热解过程和冷却至室温过程均在氮气环境下进行。
2.如权利要求1所述的水葫芦质生物炭制备方法，其特征在于，步骤(1)中的水葫芦烘干 的温度为60℃，过夜烘干。
3.如权利要求1所述的水葫芦质生物炭制备方法，其特征在于，步骤(1)中的水葫芦干燥 后粉碎至1～2mm。
4.如权利要求1所述的水葫芦质生物炭制备方法，其特征在于，步骤(2)水葫芦升温速率 为6.5℃/min。
5.如权利要求1所述的水葫芦质生物炭制备方法，其特征在于，步骤(2)水葫芦热解终温 分别为250℃、350℃、450℃、550℃。
6.如权利要求1所述的水葫芦质生物炭制备方法，其特征在于，步骤(2)水葫芦放入气氛 炉热解前先通20分钟氮气，热解至冷却至室温的过程中始终通氮气，并且氮气压力维持在 0.1MPa。
7.如权利要求1所述的水葫芦质生物炭制备方法，其特征在于，热解的生物质为水葫芦。
8.如权利要求1所制备的水葫芦质生物炭应用，其特征在于，所述的水葫芦质生物炭用于吸 附废水中的镉。
9.根据权利8所述的水葫芦质生物炭应用，其特征在于，所述水葫芦质生物炭吸附废水中的 镉，方法如下：初始镉浓度为1～500mg/l，在25℃左右振荡条件下，投入水葫芦质生物炭吸 附剂，投加比例为5g/l，振荡时间为0～24h，振荡速率为150r/min。
说明书
一种去除废水中镉的吸附剂制备及应用方法
技术领域
本发明公开了一种生物质碳，属于固废资源利用技术和环境污染修复技术领域，尤其涉 及一种去除废水中镉的水葫芦质生物炭的制备方法和应用方法。
背景技术
镉是最有毒的重金属之一。长期暴露在镉环境中易引起贫血、骨质疏松、肾损坏等一系 列疾病。最新发布的第一次国家土壤污染调查显示，镉已经被列为我国土壤首要污染物。湖 南被称为有色金属之乡，是中国水、土壤镉污染最为严重的地区之一。其中，湘江沉积物的 镉浓度高达19.42mg/kg，是全国平均值的76倍。目前，湘江流域大约有四千三百万人口遭 受着饮用水和稻米镉污染的威胁。因此，水、土壤镉污染治理是一个亟待解决的环境问题。
生物炭是一种通过限氧热解生物质获得的富碳产物。生物炭前体多为农田生物废弃物， 如稻草秸秆、甘蔗渣、牛粪等等。其原材料广泛容易获得且制备过程简单，已被广泛应用于 各种重金属污染修复。因其具有高度发达的孔隙结构、丰富的比表面积和表面官能团的特点， 比活性炭更廉价和更高吸附容量，因此，生物炭是一种理想的废水污染物吸附材料，可用于 氮、磷、有机物和重金属等多种污染物的处理。
水葫芦被国际自然保护联盟列为地球上100种最具“侵略性”的植物之一，它分布广泛、 繁殖迅速极易破坏水生生态系统，使水域缺氧而导致水质恶化，破坏渔业和水利发电。将水 葫芦转变为生物炭吸附废水中的镉，其吸附容量最高可达到80mg/g，远远高于活性炭和许多 已报道的其他不同生物质来源的生物炭。因此，合理地利用这种生物，将它转变为生物碳， 是环境污染修复和固废资源利用的双赢策略。然而，目前以研究水葫芦为原料制备生物炭及 其在污染环境中的应用尚未见报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用水葫芦制备生物炭的方法及其在污染水、土壤中的应用， 该方法操作简单易行，且获得的生物炭产率高、对水体中的镉吸附能力强。
本发明提供了一种利用水葫芦制备生物炭的方法，包括：
(1)水葫芦预处理：将在未污染的水域中收集到的水葫芦除杂后风干，并待其风干后置 于鼓风干燥箱中于60℃过夜烘干，粉碎至1～2mm，装入自封带置于干燥箱中保存备用。
(2)热解、冷却：粉碎后的水葫芦粉末置于气氛炉中于常温通氮气20分钟，然后以6.5 ℃/min速率升温至250℃进行碳化，终温保持2小时，冷却至室温取出，制得水葫芦生物炭。 整个升温热解过程和冷却至室温过程均在氮气环境下进行。
本发明还提供了一种采用所述方法制备的水葫芦质生物炭，所述生物炭的基本性质见表 格1。
表1：采用所述方法制备的一种水葫芦质生物炭基本性质
本发明还提供了一种采用所述方法制备的生物炭，所述的生物炭表面含丰富的管状空隙 和各类钾，钙，镁等碳酸盐类。
